автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Закономерности процессов структурообразования аустенита углеродистых и низколегированных сталей при горячей деформации

На правах рукописи

ШКАТОВ Максим Игоревич

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ АУСТЕНИТА УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ

05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

г 1 ноя гтз

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005539455

Курск 2013

005539455

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Чеглов Александр Егорович

Сергеев Николай Николаевич, доктор технических наук, профессор, Тульский государственный педагогический университет, профессор кафедры технологии и сервиса

Ведущая организация:

Борсяков Анатолий Сергеевич, доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный университет инженерных технологий, заведующий кафедрой естественных дисциплин

ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина», г. Москва

Защита диссертации состоится «12» декабря 2013 г. в 12.00 часов на

заседании диссертационного совета Д 212.105.01 при Юго-Западном

государственном университете по адресу: 305040, г. Курск, улица 50 лет Октября, 94, (конференц-зал)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Юго-Западного государственного университета.

Автореферат разослан « С/ » ноября 2013 года

Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.105.01

Б. В. Лушников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Повышение эффективности работы металлургического предприятия напрямую зависит от качества производимой им продукции и оптимизации технологического процесса. Производство листового проката непосредственно связано с процессами горячей прокатки на непрерывных широкополосных станах (НШС). Получение однородных структур, обеспечивающих оптимальные значения прочностных характеристик при достаточном уровне пластичности и вязкости, закладываемых в процессе горячей прокатки, является одной из основных целей при производстве готовой металлопродукции.

Технологический режим горячей прокатки сталей на НШС обеспечивается, прежде всего, начальной настройкой клетей стана, предполагающей выбор оптимальных деформационно-скоростных параметров прокатки. Система начальной настройки производит автоматизированный расчет режимов деформации, учитывает внешние возмущения на каждой полосе и корректирует по ним параметры настройки. Точность начальной настройки в значительной мере зависит от правильности расчета сопротивления деформации прокатываемого металла, величина которой определяется не только параметрами деформации (величиной, скоростью и температурой деформации), но зависит также от химического состава стали (в том числе от колебаний содержания элементов в пределах марки), процессов структурообразования проката во время деформации и пауз между обжатиями. В зависимости от химического состава стали и параметров прокатки полосы возможны следующие варианты развития процессов рекристаллизации проката, приводящие к разупрочнению или упрочнению металла:

- разупрочнение за счет динамической рекристаллизации в ходе деформации в клетях стана;

разупрочнение во время междеформационных пауз за счет метадинамической или статической рекристаллизации;

- упрочнение за счет суммирования наклепа в соседних клетях при отсутствии или частичном развитии процессов рекристаллизации во время междеформационных пауз.

Учет этих процессов позволяет существенно повысить точность расчета величины сопротивления деформации при перестройках режимов горячей прокатки на непрерывном широкополосном стане, связанных с изменением размера проката, марки стали и колебаниях химического состава и тем самым снизить выход несоответствующей требованиям потребителей металлопродукции.

Цель работы заключается в совершенствовании управления процессами структурообразования при горячей деформации углеродистых и низколегированных сталей и создании математического описания сопротивления деформации проката в клетях непрерывного широкополосного стана горячей прокатки с учетом химического состава и параметров обработки металла.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать метод расчета критической деформации для начала динамической рекристаллизации при горячей прокатке углеродистых и низколегированных сталей;

разработать математическое описание кинетики динамической рекристаллизации на основе информации о кинетике статической рекристаллизации;

- разработать математическое описание метадинамической рекристаллизации с учетом условий развития динамической рекристаллизации аустенита углеродистых и низколегированных сталей;

- изучить закономерности влияния температурно-скоростных режимов деформирования углеродистых и низколегированных сталей в клетях НШС на условия развития динамической и метадинамической рекристаллизации;

- разработать комплексный анализ прогноза сопротивления деформации проката в клетях НШС;

- осуществить прогноз параметров структурообразования углеродистых и низколегированных сталей при горячей прокатке на НШС 2000 с использованием комплексного анализа сопротивления деформации и фактических статистических данных.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту

1. Предложен новый подход к математическому описанию прогноза

----- . --- -----„..„^„„„„„„ллттшт пин т^пттот! ПО^ПШ *Ш1ТГ11 ЛГГ1ТОПЛТТТ1ЛТ1П/ 11

дш1иг«ш |; ^ 1 и. ¡.ч 141 при 1 ч. |,, 1: ¡ -1: ,.. ... .„'¿ч-ри^я*,*—^ ..

низколегированных сталей на основе информации о кинетике статической рекристаллизации для этих сталей.

2. Разработано математическое описание процессов метадинамической рекристаллизации, позволяющее прогнозировать кинетику и структурообразование при метадинамической рекристаллизации в зависимости от условий развития динамической рекристаллизации аустенита углеродистых и низколегированных сталей.

3. Установлены закономерности влияния температурно-скоростных режимов деформирования в клетях НШС углеродистых и низколегированных сталей на условия развития динамической и метадинамической рекристаллизации.

4. Разработан комплексный математический прогноз сопротивления деформации проката в клетях непрерывного стана, учитывающий влияние процессов динамической, метадинамической и статической рекристаллизации на разупрочнение горячедеформированного металла.

Практическая значимость работы

Разработан и программно реализован комплекс математических описаний параметров горячей прокатки на НШС 2000, позволяющий выполнять расчет кинетики динамической, метадинамической и статической рекристаллизации, а также сопротивление деформации металла при многократной горячей деформации углеродистых и низколегированных сталей в зависимости от параметров деформации и химического состава сталей.

Разработанные модели и программные средства для их реализации позволяют по химическому составу стали и деформационно-скоростным режимам прокатки в клетях стана прогнозировать процесс структурообразования стали и величину её сопротивления деформации, что дает возможность повысить точность начальной настройки клетей стана 2000 ОАО «НЛМК» за счет использования оптимальных энергосиловых параметров при прокатке. Учет этих процессов позволит снизить выход несоответствующей продукции, связанной с перестройкой НШС 2000 на новый типоразмер и марку стали до 10%.

Достоверность результатов исследований, основных положений и выводов определяется корректностью постановки задач, основана на применении

современных теорий в области металловедения, термообработки, а также прокатки. Обоснованность применяемых математических методов и результатов компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными промышленными данными.

Соответствие диссертации паспорту специальности научных работников

Диссертация соответствует пунктам 2, 3, 6, 8 паспорта специальности 05.16.01 Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Научная конференция студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета» (Липецк, 2004 г.); региональная научно-практическая конференция «Молодые ученые - науке и производству» (Старый Оскол, 2007 г.); международная научно-техническая конференция «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2008 г.); Международная научно-техническая конференция «Теория и практика производства проката» (Липецк, 2008 г.); материалы международной молодежной научной конференции «XVII Туполевские чтения» (Казань, 2009 г.), материалы международной научно-технической конференции с международны;.' участием «Материалы и упрочняющие технологии» (Курск, 2012 г.).

Публикации

По результатам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе четыре — в рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Общий объем работы составляет 122 страницы машинописного текста, включая 59 рисунков и 19 таблиц. Список литературы содержит 89 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования; показаны научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе на основе данных, содержащихся в литературных источниках, проведен анализ современного состояния вопроса физического и математического описания процессов кинетики статической, динамической и метадинамической рекристаллизации. Рассмотрено влияние различных технологических факторов на процессы структурообразования и развитие процессов рекристаллизации аустенита при горячей деформации.

Отмечается, что на момент начала работы имелись публикации экспериментального и теоретического характера, посвященные проблеме описания процессов динамической и метадинамической рекристаллизации и условий их возникновения и развития. Процессам динамической и метадинамической рекристаллизации посвящено много работ, но многие из них носят разрозненный характер и не содержат единообразного математического описания. Поэтому использование их в описании структурообразования проката при горячей деформации не представляется возможным.

Одним из немногих источников информации о структурных процессах упрочнения и разупрочнения при горячей деформации являются диаграммы горячей деформации в координатах «напряжение - деформация» (рис. 1).

При увеличении степени деформации для металла характерен рост напряжения а от предела текучести <70 до некоторого пикового значения ар, соответствующего пиковой деформации ер. Затем а плавно убывает до значения, соответствующего установившемуся напряжению течения <та„ при котором наступает равновесие процессов деформационного упрочнения и разупрочнения за счет динамической рекристаллизации. На кривых «напряжение — деформация» динамическая рекристаллизация проявляется в падении напряжения течения (рис. 1).

Также в литературных источниках подробно рассмотрена и описана современная технология производства углеродистых и низколегированных листовых сталей. Показано, что основной объем производства горячекатаной стали производят на НШС, и дальнейшее развитие листопрокатного производства на современном этапе предусматривает широкое использование комплекса систем автоматики для управления технологическим процессом, разработки новых и оптимизации существующих технологических режимов горячей прокатки стали.

Поэтому одним из основных направлений повышения качества горячекатаных полосовых сталей, производимых на НШС, является целенаправленное управление формированием структуры стали в ходе горячей прокатки. Исходя из вышесказанного, оптимизация температурно-скоростного режима горячей прокатки является актуальной и практически важной задачей.

Во второй главе описана методика проведения исследования. Процесс горячей прокатки на НШС зависит от многих технологических параметров, взаимосвязанных между собой (степень деформации, скорость прокатки, температурные режимы и т.д.). Проведение активных экспериментов в условиях действующего непрерывного производства на промышленных станах является трудоемким и довольно затратным, так как морфология превращений, происходящих в структуре во время горячей прокатки, обезличивается в процессе дальнейшего воздействия температур и деформаций в последующих клетях непрерывного стана.

Степень развития динамической (метадинамической) рекристаллизации и зеренную структуру образцов стали марок СтЗпс, 09Г2С, 08Ю изучали при прокатке на одноклетьевом двухвалковом лабораторном стане 200 в условиях, моделирующих деформационно-скоростные и температурные параметры горячей прокатки в клетях НШС 2000 ОАО «НЛМК».

Структуру стали изучали методами количественной металлографии на анализаторе структуры «Эпиквант».

Проверка адекватности разработанных математических моделей проведена по результатам промышленных данных, полученных при горячей прокатки на НШС 2000 ОАО «НЛМК» углеродистых и низколегированных сталей, а также путем сопоставления кривых сопротивления деформации, полученных в литературе при проведении испытаний на кручение.

Третья глава посвящена исследованию критических параметров, влияющих на развитие процессов динамической рекристаллизации, и использованию известных математических зависимостей для описания кинетики статической рекристаллизации, на основе которых проводится разработка математических моделей развития динамической рекристаллизации аустенита при горячей деформации.

Критическая деформация, соответствующая началу процессов динамической рекристаллизации, — важный параметр, используемый в математическом моделировании структурообразования сталей при горячей прокатке, знание о котором является необходимым условием для анализа и оптимизации процессов, происходящих при прокатке. Физическая природа статической и динамической рекристаллизации одинакова, различие состоит в условиях реализации этих процессов - после завершения деформации или в ходе деформации при непрерывном росте степени деформации. Из этого следует, что кинетические особенности статической и динамической рекристаллизации также обусловлены различием в условиях реализации этих процессов и, следовательно, могут быть оценены расчетным путем.

Для прогноза кинетики статической рекристаллизации деформированного аустенита использовалось модифицированное уравнение Аврами-Джонсона-Мела-Колмогорова:

( \ т

-В

Х"к =1-ехр

(1)

где Х!:" - степень статической рекристаллизации, доли;

г™ - время, за которое рекристаллизация проходит на 50 %, с; т - текущее время для изотермических условий, с; В = - 1п 0,5 - коэффициент;

п - коэффициент, зависящий от температуры и химического состава стали.

В основу алгоритма расчета критической деформации ес по данным о кинетике статической рекристаллизации аустенита положено «правило аддитивности». Кривая изменения деформации представлялась в виде совокупности ступенек малой длительности. При этом принималось, что на г-ой ступени в течение времени Дт;, деформация постоянна и равна с,. На (г+1)-ой ступени деформация мгновенно возрастает до е,ц и поддерживается постоянной в течение времени Ат,+1= Ат,.

Пошаговый расчет степени динамической рекристаллизации X проводился с использованием уравнения (1). При расчете критической деформации для начала динамической рекристаллизации ес по данным о кинетике статической рекристаллизации аустенита принималось, что критическая деформация для начала динамической рекристаллизации соответствует развитию динамической рекристаллизации на 1 %. Соответствующее последнему шагу значение степени

деформации Si принималось за критическую степень деформации ес.

Для проверки адекватности разработанной модели использовались ранее опубликованные данные. Построенные по результатам испытаний на кручение зависимости критической деформации для начала динамической рекристаллизации аустенита ес от размера зерна ci0 и скорости деформации s для углеродисто-марганцовистых сталей согласно Roucoules и Yue имеют вид :

,300000 0>17-~)) >

для низколегированных сталей с ниобиел s с = 0,8 • ((1

s = 5,6-10"40,3(>гехр(-

0 YK RT о Minamï.

(2)

20[Nb]) /1,78) ■ 2,8 • 10 4 £/00'5

( 375000^1 Y''7

яехр^-

RT

модели сопоставлены (3)) на рис. 2а и 26.

(3)

Результаты прогноза ес по разработанной экспериментальными данными (зависимости (2) соответствии с научными публикациями для углеродисто-марганцовистой стали размер зерна аустенита перед деформацией принимали равным 100 мкм, для стали, микролегированной ниобием, - 80 мкм. Для всех вариантов расчета относительная ошибка прогноза критической деформации для начала динамической рекристаллизации не превысила 10 %.

SSO 10GÛ 1050 Температура деформации, *С

1.6 1.4 1.2 1

0,8 ' 0,6 0,4 0,2 0

1 i

1 1—-et —

«ri"""—' j

л 1 l 1

SjT i .....1 - эталь C-Mn

! ^^^^^ Модель

I Модель лаль Nt> I

Скорость деформации, с1 б

Рис. 2. Зависимость критической деформации ес для углеродисто-марганцовистой стали и стали с 0,015 % Nb от температуры деформации при £ = 15с"1 (а) и скорости деформации при Т=950 °С (б): сплошная линия - эксперимент (Roucoules С. и Yue S.,Minami К.) пунктирная линия - модель

Для прогноза развития динамической рекристаллизации необходимы следующие данные: химический состав стали, температура и скорость деформации, исходный размер зерна аустенита. Модель позволяет рассчитывать критическую деформацию, а также прогнозировать кинетику развития динамической рекристаллизации.

Модель прогнозирования кинетики динамической рекристаллизации базируется на использовании зависимостей для кинетики статической рекристаллизации (1). Предложенный алгоритм хорошо описывает только начальную стадию динамической рекристаллизации, так как не учитывает повторные циклы рекристаллизации. По мере развития динамической рекристаллизации в образующихся рекристаллизованных зернах постепенно повышается плотность дислокаций из-за продолжающейся деформации, и создаются условия для зарождения и роста новых рекристаллизованных зерен. В результате в деформируемом металле могут получать развитие одновременно

идущие многократные циклы динамической рекристаллизации (характерно для установившейся стадии).

При расчете первого цикла динамической рекристаллизации образующуюся рекристаллизованную фракцию разделяли на к объемов малой величины Vj. В каждом рекристаллизованном объеме V) с момента его образования (т.е. завершения рекристаллизации в этом объеме) рассчитывали кинетику динамической рекристаллизации по тому же алгоритму, что и для первого цикла рекристаллизации (но при новых начальных условиях: деформация £,, =0; размер зерна перед деформацией с!/0' равен размеру рекристаллизованного зерна в объеме V]). Аккумулированную в объеме У] в г'-ый момент времени деформацию при степени рекристаллизации этого объема Х"ю вычисляли как е° = еч (1 -Х^).

В итоге после завершения первого цикла рекристаллизации расчет кинетики рекристаллизации вели одновременно в к объемах металла, каждый из которых характеризовался своими начальными условиями. Аккумулированную в металле деформацию в г-ый момент времени вычисляли по формуле:

(4)

Основную информацию о развитии процесса динамической рекристаллизации содержат экспериментально построенные кривые «напряжение» - «деформация». Для расчета кривой течения стали ах(/:) при динамической рекристаллизации использовали зависимость Мшашг из литературных источников, в которой деформацию е заменяли на аккумулированную деформацию е°:

(2851+2968[С] -1120[С]2) су" = ехр{0,126-1,75[С] + 0,594[С] +-—

(Г + 273)

< (0,768+0,37[Мп] + 0,51 [№} + 4,217[Tí]

¿}(íJ")w,¿ftI3x

(5)

Данные по расчету кривых течения стали а ¡(є) (рис. За, 36) были сопоставлены с экспериментальными значениями напряжения, полученными в результате опытов на кручение образцов углеродисто-марганцовистой стали и низколегированной стали.

12 3 4

Исти над деформация

180 160 ¿3 140

s 120

oí

s 100

І 80 | 60 X 40 20 0

■л.

* /г

• ~ мрдепь зіспери •sfiSQ___ івнт Т=950

иоде ль >1000

1 2 3

Истинная деформация

Рис. 3. Зависимость напряжения течения от деформации углеродистой стали при ¿ = 5 с' и Т- 900 °С (а), для стали с ниобием Т= 950 °С, Т= 1000 °С (б): сплошная линия - модель, точки - эксперимент (Minami К., Siciliano F., Maccagno Т.М.)

С применением методики расчета степени динамической рекристаллизации проведена разработка модели прогноза эволюции зеренной структуры сталей при динамической рекристаллизации на основе информации о кинетике и структурообразовании этих сталей при статической рекристаллизации. Также проанализирована зависимость размера динамически рекристаллизованного зерна на установившейся стадии от температуры и скорости деформации для стали (0,1 % С; 1,1 % Мп) с уравнением (6), полученным Hodgson в результате обобщения экспериментальных данных по рекристаллизации углеродистых и углеродисто-марганцовистых сталей при горячей деформации:

,300000,

ехр(-)

RT

(6)

где е - скорость деформации, с"1;

Я-универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль-К);

Т— температура деформации, °К.

Для всех вариантов расчета расхождение результатов не превышает 5 %.

Разработанная модель позволяет с достаточно высокой точностью прогнозировать размер динамически рекристаллизованного зерна в зависимости от параметров горячей деформации и химического состава стали. Модель может быть использована в системе автоматизированного управления структурой и свойствами сталей при горячей прокатке для прогноза структурообразования проката.

Четвертая глава посвящена разработке математического описания метадинамической рекристаллизации и установлению влияния предшествующей динамической рекристаллизации на кинетику последующей метадинамической рекристаллизации.

При прерывании деформации в условиях развивающейся динамической рекристаллизации каждый объем Ц характеризуется своим размером зерна с/у, наклепом е0 и определенной степенью динамической рекристаллизации X™. При последующей выдержке в объемах У) получает развитие метадинамическая рекристаллизация, отличающаяся от статической рекристаллизации только начальными условиями.

Было предположено, что метадинамическая рекристаллизация в каждом объеме V] описывается уравнением (1), но в отличие от статической рекристаллизации будет развиваться так, как если бы степень рекристаллизации X™ была достигнута к моменту ее начала. Для учета этого условия алгоритм прогноза кинетики метадинамической рекристаллизации предусматривал для каждого объема V) расчет времени статической рекристаллизации ^, необходимого для достижения степени рекристаллизации на Х°" при фиксированной деформации е9:

1п--

1 — X

г/-ги(«„Г) 1 ' • (7)

В"

Степень метадинамической рекристаллизации объема при времени последеформационной выдержки Дт рассчитывали по зависимости:

хк.

= 1 - ехр

Ту + Дг

(8)

{тоА£»>тЬ

Общую степень развития метадинамической рекристаллизации для всего

объема металла за время Дгнаходили по формуле:

к

^ ктн V (9)

У-1

Для проверки адекватности модели использовали полученные из литературных источников экспериментальные данные по изучению кинетики метадинамической рекристаллизации в низколегированной стали с ниобием (0,067 % С, 1,50 % Мп, 0,058 % М>) после деформации при 1000 - 1050 °С со скоростью деформации 0,05 — 5с".

Время.с

а б

Рис. 4. Кинетика метадинамической рекристаллизации низколегированной стали после деформации: а - Т=1000 °С, скорость деформации 5 с"1, 0,5 с и 0,05 с" ; б - скорость деформации £ = 0,5 с"1 Т= 1050°Си Т=1000°С. Сплошная линия - модель, точки-эксперимент (Sang-Hyun СНО)

Для всех образцов степень первой деформации превышала значения критической деформации ес и соответствовала пиковому значению напряжения на кривой «напряжение» - «деформация». Рассчитанные по модели кинетические кривые метадинамической рекристаллизации сопоставлены с экспериментальными данными на рис. 4а и 46.

Также для оценки возможности прохождения динамической и последующей метадинамической (статической) рекристаллизации в условиях, моделирующих горячую прокатку на непрерывном широкополосном стане 2000 горячей прокатки, проведено исследование микроструктуры проката конструкционных сталей (см. рис. 5а, 56). Разупрочнение и получение полностью рекристаллизованной структуры после горячей прокатки и последующей закалке связано как с прохождением метадинамической рекристаллизации, так и с процессом статической рекристаллизации

Рис. 5. Фотографии микроструктуры стали СтЗпс: а - нагрев до 900 С и закалка в 10 % р-ре №С1, С - ншрев до 900 "С, горячая прокатка с обжатием 41% и закалка в 10 % р-ре КаС!

(увеличение х500)

Таким образом, разработанные модели позволяют с достаточно высокой точностью оценивать степень развития динамической и метадинамической рекристаллизации после горячей деформации сталей в зависимости от условий развития динамической рекристаллизации и могут быть использованы в системах автоматизированного управления структурой и свойствами при горячей прокатке.

В пятой главе описано проведение исследования температурно-скоростных режимов деформирования и химического состава на условия развития динамической и метадинамической рекристаллизации. Приведены основные принципы, положенные в основу комплексной математической модели прогнозирования сопротивления деформации проката в клетях НШС 2000 ОАО «НЛМК».

При непрерывной горячей прокатке полосы в клетях стана время между отдельными обжатиями изменяется от нескольких секунд до долей секунды. В этих условиях, в зависимости от химического состава стали и параметров прокатки в клетях стана, возможно несколько вариантов развития рекристаллизации проката в межклетьевых промежутках, приводящих к разупрочнению или упрочнению металла.

Если деформация в клети меньше критической для начала динамической рекристаллизации (е < ес), то снятие наклепа в деформированной полосе за время движения в межклетьевом промежутке происходит путем статической рекристаллизации деформированного аустенита. Если деформация в клети больше критической для начала динамической рекристаллизации (е > ес), то снятие наклепа в деформированной полосе за время движения в межклетьевом промежутке происходит путем метадинамической рекристаллизации деформированного аустенита, получающей развитие сразу же после окончания деформации (без инкубационного периода).

В случае, если за время между деформациями в /-ой и (г'-И)-ой клетях рекристаллизация завершилась не полностью или не началась, то после деформации в г'-ой клети сохраняется остаточный наклеп, который суммируется с деформацией в следующей клети. Величина «накопленной» суммарной деформации для расчета сопротивления деформации в (г+1)-ой клети определяется из выражения:

е'м=ем+Ка (10)

где Xi - степень рекристаллизации (статической или метадинамической) после деформации в /-ой клети.

Константа Ка характеризует степень развития возврата в деформированном металле.

В зависимости от химического состава стали, температуры деформации и времени междеформационной паузы , Ка может принимать значения от 0,5 до 1.

Модель расчета сопротивления деформации проката в клетях стана была программно реализована средствами языка OBJECT PASCAL в среде разработки приложений DELPHI. Для учета структурных превращений деформированного металла были использованы модели статической, динамической и метадинамической рекристаллизации деформированного аустенита в углеродистых и низколегированных сталях. В качестве входной использована следующая информация: химический состав стали, типоразмер готовой полосы, размер зерна аустенита при входе раската в чистовую группу клетей, температурный и деформационно-скоростной режим прокатки металла в чистовой группе клетей стана. Выходными параметрами являются степень рекристаллизации металла в клетях и межклетьевых промежутках, сопротивление деформации прокатываемого металла.

Комплексная модель базируется на известных уравнениях, описывающих основные физические процессы при горячей прокатке:

- расчет основных параметров прокатки (скорости полосы, времени движения, температуры, относительной и истинной деформации по клетям чистовой группы), с использованием принципа соблюдения постоянства секундных объемов при деформации;

расчет основных параметров динамической и статической рекристаллизации (критическая деформация, степень рекристаллизации, размер зерна и остаточный наклеп на выходе из каждой клети);

- прогноз сопротивления деформации проката в каждой клети чистовой группы с учетом развития всех или преобладанием одного из разупрочняющих процессов (динамическая, статическая или метадинамическая рекристаллизация) и химического состава стали.

Для проверки адекватности модели расчета сопротивления деформации проката был использован массив экспериментальных данных (10000 полос толщиной 1,6-12,0 мм из 36 марок углеродистых и низколегированных сталей), содержащий информацию о деформационно-скоростных параметрах прокатки и величине сопротивления деформации в клетях чистовой группы НШС 2000. Диапазон содержания основных химических элементов в этих сталях представлен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав сталей, % (масс.) ___

С Мп Si Р S Сг Ni Си А1 Ti V N Nb

0,003 -0,19 0,100,85 0,0060,20 0,0060,020 0,0050,030 0,010,04 0,010,04 0,010,07 0,020,08 0,0010,09 0,0010,08 0,0020,006 0,0020,04

Расчеты с использованием разработанной модели показали, что при прокатке в чистовой группе клетей углеродистых и низколегированных сталей динамическая рекристаллизация получает развитие в ходе деформации раската в первых двух-трех клетях. Остаточный наклеп металла после выхода из клети полностью или частично снимается метадинамической (статической)

рекристаллизацией за время движения раската в межклетьевом промежутке. Дальнейшая деформация в клетях чистовой группы сопровождается статической рекристаллизацией деформированного металла в межклетьевых промежутках, степень развития которой зависит от состава стали и режима прокатки.

Для оценки влияния рекристаллизации на точность прогноза сопротивления деформации расчет сопротивления деформации в клетях чистовой группы при прокатке полос из углеродистых и низколегированных сталей проводили по трем схемам:

- схема 1 - без учета процессов рекристаллизации деформированного аустенита;

- схема 2-е учетом только статической рекристаллизации;

- схема 3-е учетом всех видов рекристаллизации (динамической, метадинамической и статической).

Результаты расчета средней относительной ошибки сопротивления деформации о. сопоставлены с экспериментальными данными в таблице 2. Использование второй схемы позволило снизить среднюю относительную ошибку расчета сг5 в 1,6 раза по сравнению с первой схемой. При учете всех видов рекристаллизации (третья схема) средняя относительная ошибка расчета сопротивления деформации уменьшилась в 1,9 раза.

Таблица 2

№ клети чистовой группы Средняя относительная сопротивления дефо ошибка расчета рмации <т5, %

Схема 1 Схема 2 Схема 3

1 9,17 9,17 4,83

2 4,55 4,78 2,61

3 3,99 3,98 4,76

4 5,19 3,99 3,85

5 5,88 2,66 2,68

6 9,89 4,22 4,61

7 14,69 4,80 4,81

Средняя ошибка по клетям 7,62 4,80 4,02

С использованием математической модели, применяемой для начальной настройки клетей стана 2000 ОАО «НЛМК», выполнен расчет температурно-скоростных режимов деформирования проката и их влияния на процессы разупрочнения.

Установлено, что для стали марки СтЗпс размером 4,2x1285 мм расчетные значения величины сопротивления деформации по клетям отличаются от экспериментальных не более чем на 5 %. Получены зависимости величины критической деформации ес от содержания химических элементов в стали марки СтЗпс. Отмечено незначительное колебание критической деформации в зависимости от содержания углерода, марганца и кремния в пределах марочного состава.

На основе анализа деформационно-скоростных параметров горячей прокатки стали марки СтЗпс определен режим, обеспечивающий получение оптимальной мелкозернистой структуры и механических свойств аустенита.

Также следует отметить, что при разработке технологии производства свернизкоуглеродистых и высокопрочных низколегированных сталей активно

применялись корректировки режимов горячей прокатки (температурно-скоростные параметры прокатки, перераспределение режимов обжатий по клетям стана горячей прокатки 2000 ОАО «НЛМК»). Комбинация проходящих процессов статической и динамической рекристаллизации при непрерывной горячей прокатки обеспечивала получение оптимальной микроструктуры после завершения деформации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан способ расчета критической деформации для начала динамической рекристаллизации при горячей прокатке углеродистых и низколегированных сталей. Данный метод может быть использован в системе автоматизированного управления структурой и свойствами сталей при горячей прокатке для прогноза условий развития динамической рекристаллизации при деформации металла.

2. Разработано математическое описание прогнозирования кинетики динамической рекристаллизации на основе информации о кинетике статической рекристаллизации.

3. Получено математическое описание процессов метадинамической рекристаллизации с учетом условий развития динамической рекристаллизации аустенита углеродистых и низколегированных сталей.

4. Проведена оценка влияния параметров моделирования при прогнозе кинетики динамической рекристаллизации. Установлено, что измельчение зерна аустенита вследствие предшествующей деформации способствует ускорению процессов разупрочнения и снижению уровня напряжения на установившейся стадии течения металла.

5. Разработано комплексное математическое описание сопротивления деформации проката в клетях чистовой группы стана; в условиях действующего производства проведена проверка адекватности разработанных моделей, показавшая, что процессы динамической, метадинамической и статической рекристаллизации оказывают значительное влияние на сопротивление деформации прокатываемого металла. Учет этих процессов позволяет существенно повысить точность расчета величины сопротивления деформации и снизить выход несоответствующей требованиям потребителей металлопродукции.

6. На основе комплексного прогноза сопротивления деформации и фактических статистических данных выполнен расчет параметров структурообразования углеродистых и низколегированных сталей при горячей прокатке на НШС 2000.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых научных изданиях и журналах:

1. Шкатов, В.В. Прогнозирование критической деформации соответствующей началу динамической рекристаллизации в сталях [Текст] / В.В. Шкатов, М.И. Шкатов // Известия вузов. Черная металлургия. 2008. № 3. С. 59-61.

2. Шкатов, М.И. Опробование производства в ОАО "НЛМК" холоднокатаного проката из IF-стали марок HC220Y, HC260Y по EN 10268 [Текст] / М.И. Шкатов, Д.В. Родионов, A.C. Лукин, [и др.] // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2011. №1. С. 39-42.

3. Пименов, В.А. Особенности производства в ОАО «HJIMK» холоднокатаного высокопрочного проката [Текст] / В.А. Пименов, A.C. Лукин, М.И. Шкатов [и др.] // Черные металлы. 2012. № 5. С. 10-15.

4. Гвоздев, А.Е. Эволюция микроструктуры при развитии динамической рекристаллизации в процессе горячей прокатки конструкционных сталей [Текст] /

A.Е. Гвоздев, М.И. Шкатов, A.C. Лукин // Заготовительные производства в машиностроении. 2013. № 10. С. 31-34.

Статьи и материалы конференцпй:

5. Шкатов, М.И. Моделирование кинетики рекристаллизации аустснита при горячей прокатке низколегированных сталей с ниобием [Текст] / М.И. Шкатов,

B.В. Шкатов // Материалы науч. конф. студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета. Липецк. 2004. С. 167.

6. Шкатов, В.В. Прогнозирование условий начала динамической рекристаллизации при горячей деформации низколегированных сталей [Текст] / В.В. Шкатов, М.И. Шкатов // Материалы региональной науч.-практ. конф.: Молодые ученые - науке и производству 4.2. Старый Оскол. 2007. С. 157-162.

7. Шкатов, В.В. Моделирование кинетики динамической рекристаллизации низколегированных сталей при горячей деформации [Текст] /В.В. Шкатов, М.И. Шкатов // Материалы междунар. науч.-практ. конф.: Современная металлургия начала нового тысячелетия 4.1. Липецк. 2007. С. 131-136.

8. Шкатов, В.В. Прогнозирование эволюции зеренной структуры сталей при динамической рекристализации [Текст] / В.В. Шкатов, М.И. Шкатов, // Материалы междунар. науч.-практ. конф.: Теория и практика производства листового проката 4.1. Липецк. 2008. С. 255-260.

9. Шкатов, В.В. Математическое моделирование кинетики метадинамической рекристаллизации низколегированных сталей [Текст] / В.В. Шкатов, М.И. Шкатов, // Материалы междунар. науч.-практ. конф.: Современная металлургия начала нового тысячелетия. 4.1. Липецк. 2008. 4.1. С. 97-101.

10. Шкатов, М.И. Прогнозирование сопротивления деформации сталей при непрерывной горячей прокатке [Текст] / И.С. Щеренкова, М.И. Шкатов, // Материалы междунар. молодежной науч.-практ. конф.: XVII Туполевские чтения Т.1. Казань. 2009. С. 169-170.

11. Шкатов, М.И. Зависимость критической деформации для динамической рекристаллизации в низколегированных сталях от химического состава [Текст] / М.И. Шкатов, В.В. Шкатов, М.И. Шаршаков // Материалы междунар. научно-технической конференции с междунар. Участием: Материалы и упрочняющие технологии-2012. Курск. 2012. С. 23-28.

Подписано в печать30.10.2013. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 130 экз. Заказ № 556. Издательство Липецкого государственного технического университета. Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ. 398600 Липецк, ул. Московская, 30.

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201 451 1 46

ШКАТОВ МАКСИМ ИГОРЕВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ АУСТЕНИТА УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка

металлов и сплавов

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук профессор Чеглов А.Е.

Липецк 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................:............................................................... 4

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................................... 9

1.1 Закономерности рекристаллизации аустенита при горячей

деформации углеродистых и низколегированных сталей..............................9

1.1.1 Статическая рекристаллизация............................................................................................................10

1.1.2 Динамический возврат......................................................................................................14

1.1.3 Динамическая рекристаллизация..............................................................................15

1.1.4 Метадинамическая рекристаллизация..................................................................23

1.2 Формирование зеренной структуры при горячей деформации....... 27

1.3 Структурные изменения по окончании горячей деформации......... 30

1.4 Технология производства углеродистых и низколегированных

сталей................................................................................. 36

1.4.1 Сортамент стана 2000 и основные требования к готовой продукции........................................................................ 38

1.4.2 Схема технологии производства стальных полос

на стане 2000 ОАО «НЛМК»................................................ 39

1.5 Постановка задачи исследования........................................... 47

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ................................................ 49

2.1 Материал исследования...................................................... 49

2.2 Горячая прокатка образцов в лабораторных условиях................ 50

2.3 Металлографические исследования....................................... 51

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ.................. 53

3.1 Прогнозирование критической деформации для динамической рекристаллизации................................................................. 53

3.2 Разработка математической модели прогнозирования кинетики динамической рекристаллизации............................................. 59

3.3 Прогнозирование размера зерна при динамической рекристаллизации.................................................................... 65

3.4 Оценка параметров моделирования при прогнозе кинетики

динамической рекристаллизации................................................ 68

4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ МЕТ А ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ............................................................... 76

4.1 Модель расчета кинетики метадинамической рекристаллизации.... 76

4.2 Прогнозирование и эволюция размера зерна при метадинамической рекристаллизации.......................................... 78

4.3 Анализ расчета степени рекристаллизации аустенита.................. 81

4.4 Оценка степени развития метадинамической рекристаллизации по параметрам микроструктуры..................................................... 83

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНО-СКОРОСТНЫХ РЕЖИМОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ И МЕТАДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ............................................................... 90

5.1 Проверка адекватности модели сопротивления деформации

проката................................................................................. 90

5.2 Влияние температурно-скоростных режимов деформирования проката на процессы разупрочнения............................................ 97

5.2.1 Результаты расчетов параметров структурообразования аустенита при горячей деформации.......................................... 97

5.2.2 Влияние химического состава на процессы разупрочнения и величину критической деформации.......................................... 99

5.2.3 Оценка неравномерности структурообразования аустенита по длине полосы..................................................................... 101

5.2.4 Влияние толщины подката на размер зерна и кинетику

103

рекристаллизации аустенита...................................................

5.2.5 Влияние температуры конца прокатки на размер зерна

106

аустенита и динамическую рекристаллизацию............................

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................ 113

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................. 115

Приложение................................................................................. 122

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Повышение эффективности работы металлургического предприятия напрямую зависит от качества производимой им продукции и оптимизации технологического процесса. Производство листового проката непосредственно связано с процессами горячей прокатки на непрерывных широкополосных станах (НШС). Получение однородных структур, обеспечивающих оптимальные значения прочностных характеристик при достаточном уровне пластичности и вязкости, закладываемых в процессе горячей прокатки, является одной из основных целей при производстве готовой металлопродукции.

Технологический режим горячей прокатки сталей на НШС обеспечивается, прежде всего, начальной настройкой клетей стана, предполагающей выбор оптимальных деформационно-скоростных параметров прокатки. Система начальной настройки производит автоматизированный расчет режимов деформации, учитывает внешние возмущения на каждой полосе и корректирует по ним параметры настройки. Точность начальной настройки в значительной мере зависит от правильности расчета сопротивления деформации прокатываемого металла, величина которой определяется не только параметрами деформации (величиной, скоростью и температурой деформации), но и химическим составом стали (в том числе зависит от колебаний содержания элементов в пределах марки), процессами структурообразования проката во время деформации и пауз между обжатиями. В зависимости от химического состава стали и параметров прокатки полосы возможны следующие варианты развития процессов рекристаллизации проката, приводящие к разупрочнению или упрочнению металла:

- разупрочнение за счет динамической рекристаллизации в ходе деформации в клетях стана;

разупрочнение во время междеформационных пауз за счет метадинамической или статической рекристаллизации;

- упрочнение за счет суммирования наклепа в соседних клетях при отсутствии или частичном развитии процессов рекристаллизации во время меж деформационных пауз.

Выбор режима обжатий в клетях стана при горячей прокатке влияет на развитие процессов динамической и статической рекристаллизации при горячей деформации, что напрямую сказывается на структуре и, как следствие, механических свойствах проката.

Цель работы заключается в совершенствовании управления процессами структурообразования при горячей деформации углеродистых и низколегированных сталей и создании математического описания сопротивления деформации проката в клетях непрерывного широкополосного стана горячей прокатки с учетом химического состава и параметров обработки металла.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

1. Предложен новый подход к математическому описанию прогноза динамической рекристаллизации при горячей деформации углеродистых и низколегированных сталей на основе информации о кинетике статической рекристаллизации для этих сталей.

2. Разработано математическое описание процессов метадинамической рекристаллизации, позволяющее прогнозировать кинетику и структурообразование при метадинамической рекристаллизации в зависимости от условий развития динамической рекристаллизации аустенита углеродистых и низколегированных сталей.

3. Установлены закономерности влияния температурно-скоростных режимов деформирования в клетях непрерывного широкополосного стана углеродистых и низколегированных сталей на условия развития динамической и метадинамической рекристаллизации.

4. Разработан комплексный математический прогноз сопротивления деформации проката в клетях непрерывного стана, учитывающий влияние процессов динамической, метадинамической и статической рекристаллизации на разупрочнение горячедеформированного металла.

Практическая значимость работы.

Разработан и программно реализован комплекс математических описаний параметров горячей прокатки на НШС 2000, позволяющий выполнять расчет кинетики динамической, метадинамической и статической рекристаллизации, а также сопротивление деформации металла при многократной горячей деформации углеродистых и низколегированных сталей в зависимости от параметров деформации и химического состава сталей.

Разработанные модели и программные средства для их реализации позволяют по химическому составу стали и деформационно-скоростным режимам прокатки в клетях стана прогнозировать процесс структурообразования стали и величину её сопротивления деформации, что дает возможность повысить точность начальной настройки клетей стана 2000 ОАО «НЛМК» за счет использования оптимальных энергосиловых параметров при прокатке. Учет этих процессов позволит снизить выход несоответствующей продукции и брака, связанной с перестройкой НШС 2000 на новый типоразмер и марку стали до 10%.

Достоверность результатов исследований, основных положений и выводов определяется корректностью постановки задач, основана на применении современных теорий в области металловедения, термообработки, а также прокатки. Обоснованность применяемых математических методов и результатов компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными промышленными данными.

Соответствие диссертации паспорту специальности научных работников.

Диссертационное исследование соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов: п. 2; п. 3; п. 6; п. 8.

Реализация результатов работы. Методики расчета и модели прогнозирования развития динамической и метадинамической рекристаллизации внедряются в «Модернизированную систему начальной настройки чистовой группы клетей» на стане 2000 ОАО «НЛМК».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Научная конференция студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета» (Липецк, 2004 г.); региональная научно-практическая конференция «Молодые ученые - науке и производству» (Старый Оскол, 2007 г.); международная научно-техническая конференция «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2008 г.); Международная научно-техническая конференция «Теория и практика производства проката» (Липецк, 2008 г.); материалы международной молодежной научной конференции «XVII Туполевские чтения» (Казань, 2009 г.), материалы международной научно-технической конференции с международным участием «Материалы и упрочняющие технологии» (Курск, 2012 г.).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 11 статьях, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка из 89 наименований. Общий объем работы составляет 122 страницы машинописного текста, включая 59 рисунков, 19 таблиц.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Закономерности рекристаллизации аустенита при горячей деформации углеродистых и низколегированных сталей

Под рекристаллизацией понимают процесс полной или частичной замены в поликристаллических телах одних зерен данной фазы, содержащих те или иные структурные несовершенства, другими, более совершенными, зернами той же фазы. Процесс осуществляется образованием, или образованием и движением, или только движением высокоугловых границ [1].

Рекристаллизация и примыкающие к ней процессы возврата и полигонизации представляют собой наиболее распространенный вид структурных изменений, совершающихся при нагреве в металлах, сплавах и неорганических материалах вообще и уменьшающих свободную энергию системы. Трудно найти такую же взаимосвязанную совокупность процессов, как рекристаллизация, возврат и полигонизация, которые давали бы возможность изменять в очень широком диапазоне микроструктуру, текстуру и все структурно-чувствительные свойства. Распространено ошибочное представление о том, что эти процессы совершаются только при нагреве деформированных материалов. В действительности же этот случай наиболее часто встречающийся, но не единственный. Любое внешнее воздействие, приводящее к созданию тех или иных структурных несовершенств и их градиенту или к изменению размеров и формы зерен, приводит при нагреве к перераспределению и уменьшению концентрации этих несовершенств и увеличению однородности зеренной структуры [2].

Важнейшее практическое значение рекристаллизации в том, что она существенно изменяет зеренную структуру и оказывает очень сильное влияние на структурно-чувствительные свойства и процессы. Она не только возвращает микроструктуру в исходное состояние, но и позволяет получить очень

разнообразную структуру с большим диапазоном свойств, часто существенно превышающих первоначальные [1,2].

1.1.1. Статическая рекристаллизация

Под статической рекристаллизацией понимают рекристаллизацию, проходящую при нагреве холоднодеформированного металла или при последеформационной выдержке при горячей деформации [3].

Основной движущей силой развития статической рекристаллизации (первичной рекристаллизации) является уменьшение избыточной объемной энергии, накопленной при пластической деформации [1]. Первичная рекристаллизация начинается при нагреве после деформации множественным скольжением. Температура начала первичной рекристаллизации тем ниже, чем больше степень деформации. Центры рекристаллизации формируются в участках кристаллической решетки, которые сильнее всего разориетированы и искажены при наклепе [4].

Первичная рекристаллизация происходит за счет двух процессов -зарождения центров и роста зародышей, соответственно их скорость определяется скоростью зарождения и скоростью роста [1]. Зависимость доли объема деформированного металла X от времени наиболее обоснована Аврами [5]. Предложенная зависимость имеет вид:

X = 1-ехр(-£г*), (1.1)

где В ит- коэффициенты, зависящие от температуры и характера зарождения и роста зерен.

Первичная рекристаллизация начинается после определенного инкубационного периода [1]. Схема изменения скорости первичной рекристаллизации имеет вид кривой, представленной на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Зависимость времени начала первичной рекристаллизации

от степени деформации (схема) Наиболее важными факторами, влияющими на скорость зарождения и скорость роста зародышей рекристаллизации, являются: степень деформации е, скорость деформации ё, температура деформации и скорость последующего нагрева, а также наличие и размеры дисперсных фаз (расстояние между ними) [6, 7].

Большинство теоретических моделей, основывающихся на физическом механизме реализации процесса рекристаллизации, содержат в себе неизвестные величины, описывающиеся полученными эмпирическими зависимостями для кинетики статической рекристаллизации. Используя величину т05 - время прохождения рекристаллизации на 50%, уравнение Аврами было представлено авторами [8-14] в следующем виде:

= 1 - ехр

-В

г

т

К_Г0,5 )

(1.2)

где

да

•0,5

степень статической рекристаллизации, доли;

время, за которое рекристаллизация проходит на 50 %, с;

- текущее время для изотермических условий, с; в =~1п 0,5 - коэффициент;

п ~ коэффициент, зависящий от температуры и химического состава стали. Время, за которое рекристаллизация завершиться на У% или параметр ту определяется эмпирически и может быть представлено величиной как т0.25, так и г0,5, но соответственно изменится и уравнение кинетики рекристаллизации. В

зависимости от химического состава стали были получены следующие зависимости для углеродисто-марганцовистых сталей [15, 16]:

45000Л

„Ж ОТ 1 А -15 т0,4 -0,5

т0 5 =2,3-10 •а0 £ -ехр

КТ

(1.3)

/

г^^ЗЗМО-'-^^-'^-^-ехрГ'236000!; (1.4)

V

КГ

для сталей с ниобием [35, 36]:

т™ = (-5,24 + 550[ЮЪ]) • 10"18 • • ^ • ехр

'330000^

V

ш

(1.5)

г0™25 =1,5-10-18 -¿02(гг-0,025Г2'8 .ехр(30[М»])-ехрГ^^1, (1.6)

V

ЯТ )'

где ¿/0 - исходный размер зерна аустенита, мкм; с - степень деформации, доли; ё - скорость деформации, с"1; Г-температура, К;

Я - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К); [М>] - содержание ниобия в стали, % (масс.).

Также используя уравнение Селларса [12, 17] для т0)5 авторами [18], была получена следующая зависимость:

(1.7)

ук! ;

где А, д,р, г- коэффициенты;

Z = ё ехр(()/е/ / ЯТ), с"1; - параметр Зинера-Холломона;

Qdef~ энергия активации деформации, Дж/моль; Qrec — энергия активации рекристаллизации, Дж/моль.

Параметр носящий также название параметра Зинера-Холломона [80], во время экспериментов по горячей деформации поддерживается постоянным. Физический смысл параметра: чем больше 2, тем боле