Разработка технологии прокатки толстого листа на стане 5000

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТимени Н.Э. БАУМАНАНа правах рукописиМУНТИН АЛЕКСАНДР ВАДИМОВИЧРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ ТОЛСТОГО ЛИСТАС ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ ИЗ ТРУБНЫХ МАРОК СТАЛИНА СТАНЕ 5000Специальность 05.02.09.

– Технологии и машины обработки давлениемДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:Доктор технических наук, профессорКолесников Александр ГригорьевичМосква – 20142СОДЕРЖЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ………………………………..……………………………………...… 5ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПРОИЗВОДСТВАТРУБ БОЛЬШОГО ДИМЕТРА………………………………………….…..…….

131.1.Обзор современного состояния рынка труб большого диаметра итолстолистового проката…………………………………..……………...... 131.2.Основные требования, предъявляемые к сталям для труб большогодиаметра…………………………………..……………………….…..…….. 171.3.Технология производства листового проката из трубных сталей ……..... 191.4.Современный подход к процессу освоения новых технологий………..… 28Выводы по Главе 1…………………………………..…………………..………… 31ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКИ И ОБОРУДОВАНИЕИССЛЕДОВАНИЯ…………………..……………………...……………....……... 322.1.

Исследуемые материалы…………………………………..………………..… 322.2. Математическое моделирование………………………………..………….…342.3. Физическое моделирование на Gleeble 3800…..……………………….…… 362.4. Лабораторная прокатка на стане ДУО-300…………………………..……… 372.5. Промышленная прокатка………………………..………………………….… 382.6. Определение механических свойств и исследование микроструктуры…....41Выводы по Главе 2……………………………………..………………………….. 41ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ,ТЕМПЕРАТУРЫ И СТЕПЕНИ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИАУСТЕНИТНОГО ЗЕРНА ПО СЕЧЕНИЮ РАСКАТА В ЧЕРНОВОЙСТАДИИ ПРОКАТКИ…..……………………………………….……….……… 433.1.

Обзор методов исследования деформированного состояния при плоскойпрокатке………………………………………………………....………………..… 433.2. Математическое моделирование прокатки в условиях стана 5000………... 553.2.1. Описание и постановка задачи моделирования………..……....…... 553Стр.3.2.2. Теоретические основы DEFORM………………..……………….......583.2.3. Моделирование первого чернового прохода в изотермическихусловиях……………….…………………………..……...........…………….

603.2.4. Влияние неравномерности температуры на распределениедеформации по толщине раската………………………………..……......... 673.2.5. Распределение деформации и температуры при многопроходнойпрокатке………..……………………………………………...…………..…. 693.3. Исследование распределения доли рекристаллизованного зерна потолщине раската в черновой стадии……………………..……………………….. 763.3.1. Особенности физического моделирования на Gleeble 3800…….… 763.3.2.

Методика проведения эксперимента……………..…...…………….. 783.3.3. Эксперимента для первого чернового прохода…………………...... 81Выводы по Главе 3…………………………..…………………………………..… 83ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯРЕЖИМОВ ЧИСТОВОЙ ПРОКАТКИ НА МИКРОСТРУКТУРУ ИМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА…………………… 844.1. Особенности физического моделирования контролируемой прокатки…… 844.2. Эксперимент на лабораторном стане ДУО-300…………….……………….. 924.2.1. Исходные данные и проведение эксперимента…………………..… 924.2.2. Результаты эксперимента…………………………………………... 1004.3. Эксперимент на промышленном толстолистовом стане 5000…………….

1034.3.1. Особенности режимов прокатки на стане 5000………..………….. 1034.3.2. Исходные данные и проведение эксперимента………………….... 1054.3.3. Результаты эксперимента………..…………………………………. 1074.3.4. Обсуждение результатов экспериментов на станах дуо 300и стане 5000……………………………………………………………….... 110Выводы по Главе 4……………….......................................................................... 1114Стр.ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ КОПЛЕКСНОЙМЕТОДИКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ……………............. 1135.1. Описание комплексной методики предварительных исследований..…….

1135.2. Разработка технологии производства листового прокатакласса прочности К60 толщиной 30,5 мм….………………………………...…. 1175.3. Разработка и освоение технологии производства листового прокатаклассов прочности К52-К56……………………………………………….…..… 121Выводы по Главе 5……………………………………………………………..… 123ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ……………………………………..…… 125СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………….…….. 1285ВВЕДЕНИЕВ последние десятилетия в России для быстрой и экономичнойтранспортировкиуглеводородногосырьяреализованыипродолжаютреализовываться проекты по строительству трубопроводов. Среди них NordStream длиной 1200 км по дну Балтийского моря, Южный поток – 900 км по днуЧёрного моря, Баваненково-Ухта 1100 км в условиях сурового северногоклимата и др.Наряду с увеличением мощностей перекачивающих станций возникаетпроблема производства труб большого диаметра (до 1420 мм) с увеличенной (до50 мм) толщиной стенки, с повышенными механическими, эксплуатационнымии технологическими характеристиками.

За последние 15 лет для полногозамещения импорта труб данного сортамента в металлургическую отрасльРоссии привлечены значительные инвестиции (360 млрд. руб.). На одном изкрупнейших трубных предприятий ОАО «Выксунский металлургический завод»с целью обеспечения потребности в собственной толстолистовой заготовке дляпроизводства труб большого диаметра в 2011 году запущен в эксплуатациюпрокатный стан 5000.Стан 5000 предназначен для производства листа по технологииконтролируемой прокатки, которая является эффективным, но одновременносложным способом, ввиду большого числа технологических факторов,влияющих на получение проката заданного качества.

В числе таких факторовнеобходимо отметить деформацию, скорость, междеформационные паузы итемпературу при прокатке. Учёт этих факторов на этапе разработки технологиипрокатки новых видов продукции требует многочисленных и дорогостоящихэкспериментов на действующем промышленном оборудовании. В то же времяэффективно выполненные предварительные исследования могут позволитьзначительно уменьшить количество промышленных экспериментов и снизитьзатраты на подготовку к массовому производству.6Из предварительных исследований, применяемых в настоящее время приразработке технологии контролируемой прокатки, наиболее эффективнымиявляютсяматематическоемоделирование,физическоемоделированиеструктурного состояния металла, а также прокатка на лабораторных станах.Однако каждый метод в отдельности не позволяет в полной мере раскрытькартину формирования структуры и свойств металла при прокатке на стане 5000.В связи с этим актуальным является вопрос разработки комплексногоподхода к предварительным исследованиям, направленного на снижение затратнапромышленныеэкспериментыприразработкеновыхтехнологийпроизводства толстолистового проката.Объектом исследования является листопрокатное производство.Предметомисследованияявляетсятехнологияполучениятолстолистового проката требуемого качества для производства труб большогодиаметра.Целью работы является обеспечение требуемого уровня механическихсвойств толстолистового проката классов прочности К52-К60 толщиной от 10мм при прокатке на стане 5000.Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:1.

Анализсовременныхтехнологическихсхемпроизводстватолстолистового проката и подходов к освоению новых видов продукции;2. Разработка в программном комплексе DEFORM конечно-элементноймодели прокатки сляба на стане 5000 и исследование с её помощью особенностейраспределения деформации и температуры по сечению раската;3.

Исследование влияния напряжённо-деформированного и тепловогосостояния металла на рекристаллизационные процессы в черновой стадиипрокатки с помощью имитационного комплекса Gleeble 3800;4. Сравнительныйанализвлияниятемпературногорежиманамеханические свойства листа при чистовой прокатке на лабораторном стане дуо300 и промышленном стане 5000;75. Разработка методики выбора технологических режимов прокаткитолстого листа из трубных марок сталей, обеспечивающих требуемый уровеньмеханических свойств;6. Разработка технологии производства листового проката классовпрочности К52-К60 на стане 5000 ОАО «Выксунский металлургический завод».Следующие результаты работы характеризуются научной новизной:1. Впервые на основе анализа распределения накопленной эквивалентнойдеформации и температуры, а также междеформационных пауз при прокаткеэкспериментально, в условиях комплекса Gleeble 3800, установлена зависимостьраспределения доли рекристаллизованного зерна по сечения раската отвеличины деформации в черновой стадии;2.

Установлено, что при прокатке сляба толщиной 355 мм на листтолщиной 30,5 мм на стане 5000 максимально возможные единичные обжатия вчерновой стадии (от ≈ 6 до 13 % при производстве однократного листа и от ≈ 4до11%–двукратного)формируютсреднююдолюстатическирекристаллизованного зерна на расстоянии ¼ от поверхности раската более 90%в обоих случаях, в середине раската – 82% для однократного сляба и 55% длядвукратного сляба;3.

Предложена и реализована на ОАО «Выксунский металлургическийзавод»научнообоснованнаяметодикапредварительныхисследований,направленная на снижение затрат при освоении технологии прокатки на стане5000 толстого листа из трубных марок сталей с заданными механическимисвойствами, основанная на использовании данных о распределении деформаций,температуры и доли рекристаллизованного зерна по сечению раската, а такжеособенностях физического моделирования контролируемой прокатки.Практическая значимость и реализация результатов работы:1. Предложенная методика исследований позволяет снизить затраты наразработку технологии производства новых видов продукции на 15 млн.

руб./годза счёт снижения количества промышленных экспериментов;82. Разработана и освоена технология производства на стане 5000 ОАО«Выксунский металлургический завод» толстолистового проката классовпрочности К52-К60 различной заданной толщины от 10 до 30,5 мм. Поразработанной технологии произведено 213 тыс. тонн листа. Экономическийэффект от внедрённой технологии составляет 84 405 946 млн.

руб./год;3. Рекомендации по характеристикам лабораторного прокатного станаиспользованы при подготовке технического задания для лабораторного стана,планируемого к установке на ОАО «Выксунский металлургический завод».Апробация работы. Основные положения диссертационной работыдокладывались и обсуждались на Всероссийской конференции молодыхспециалистов во ФГУП «ЦНИИчермет им.