Разработка технологии прокатки толстого листа на стане 5000 (1026122), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Характерными особенностями в уровне механическихсвойств для стали, произведенной по данной технологии, будет высокий уровеньотношения передела текучести к временному сопротивлению, относительнонизкие значения ударной вязкости и наличие большого количества расщепленийв изломе образцов после испытания падающим грузом [64].В случае термомеханической прокатки с ускоренным охлаждениемструктура проката будет представлять собой смесь феррита с регулярными и/илииррегулярными границами и бейнита гранулярной и/или реечной морфологии.Также возможно наличие перлита. С применением данной технологии возможнополучение проката с более высокими прочностными и вязкими свойствами, чемпри термомеханической прокатке с охлаждением на воздухе [62,65-67]. Дляреализации процесса ускоренного охлаждения проката используются установкиразличного типа: лиманарные, водовоздушные, водяные завесы [68-70].Также в технологическом процессе предусматривается замедленноеохлаждение проката с целью снижения влияния водорода в стали на образованиявнутренних дефектов [71,72].
В настоящее время проводятся исследования внаправлении использования прямой закалки и HOP-процесса (heat-treatment online process для производства сверх высокопрочных марок стали (классыпрочнотси Х100-Х120) [74-75].1.4.Современный подход к процессу освоения новых технологийЭффективная разработка технологии производства листового прокатавозможна при комплексном подходе как с точки зрения обработки металловдавлением, так и металловедения [23,39]. Современная научно-техническаяцепочка, необходимая для разработки новых и корректировки существующихтехнологий, сводится к следующей последовательности (Рис.1.8):1.
Математическое моделирование процессов;2. Имитация процесса в лабораторных условиях;3. Воспроизведение процесса на лабораторном прокатном стане;4. Опытная проверка технологии в промышленных условиях;295. Промышленное производство.Рис.1.8.Разработка новой технологииОсновными трудностями в применении данного подхода являетсяустановление связей между этапами.
Эти трудности обусловлены масштабнымфактором,различнымитипаминапряжённогосостояниямеждупромышленными и лабораторными экспериментами, а также необходимостьюболее точной адаптации моделей и интерпретации результатов расчётов. Однакосущественным преимуществом данного подхода является снижение затрат напроведение промышленных экспериментов на этапе разработки технологии.Понятие моделирование процесса термомеханической прокатки включаетвсебяобширныйсписоквопросов,связанныхспрогнозированиеммикроструктурного и напряжённо-деформированного состояния металла.Существуют модели, рассчитывающие рост зерна и рекристаллизациюаустенита, выделение дисперсных фаз, температуру фазового превращения,микроструктуру и механические свойства готового проката [50,57,59,60,76-78].Другие модели позволяют определить тепловые поля в металле при различныхусловиях нагрева и охлаждения, распределение деформации при прокатке,энергосиловые параметры процесса [79-83].Подимитациейпрокаткипонимаетсяприменениелабораторногооборудования, которое позволяет повторять различные производственныепроцессы:нагрев,осуществляетсянадеформация,образцахохлаждение.небольшогоКакразмера,правилоимитацияиспользуемыхдля30исследования микроструктуры [84].
Одним из наиболее распространённыхспособов является осадка цилиндров диаметром до 10 мм и высотой до 15 мм.Недостатком такого способа исследования является невозможность определениямеханических свойств получаемых образцов. Преимуществом способа являетсявозможность изучения структуры высокотемпературного аустенита путём стопзакалки [85,86].Воспроизведение процесса термомеханической прокатки на лабораторномпрокатномстанеявляетсянаиболееблизкимкреальнымусловиямэкспериментом.
В современной практике используется различные видылабораторных станов, отличающихся как по размеру, так и по составуоборудования. Как правило это двухвалковые станы дуо, однако иногдаиспользуется четырёхвалковые кварто. Станы с диаметром рабочих валков до300 мм являются оптимальным решением для размещения в составесуществующих лабораторных комплексов, например университетов илинаучных институтов [25,87].
Такие агрегаты способны прокатывать заготовки сисходной толщиной до 100-120 мм, что позволяет в общем случае соблюститемпературные режимы прокатки, однако не позволяет сделать частные обжатиесоответствующиеобжатиямнапромышленномстане.Болеекрупныелабораторные прокатные станы имеют диаметр валков до 700-800 мм, чтопозволяет им прокатывать заготовки толщиной, равной натуральной толщинепромышленного сляба. Также существуют специализированные лабораторныестаны для моделирования процесса непрерывной прокатки, которые имеют всвоём составе несколько клетей [88]. Современные лабораторные станыкомплектуются установками ускоренного охлаждения проката, а такжеуправляютсяспециальнымисистемамиавтоматизации,позволяющимимаксимально точно воспроизводить условия эксперимента и зафиксироватьнеобходимые параметры.
Важно, что на этапе лабораторного воспроизведенияимеется возможность оценки механических свойств готового проката [89,90].31Экспериментвпромышленныхусловияхявляетсяобязательнойсоставляющей разработки новой технологии листовой прокатки. Только вреальных условиях производства может быть получен наиболее точный откликтехнологических параметров на свойства готового проката. При этом всепредыдущие этапы направлены на снижение объёмов промышленныхэкспериментов, как самой дорогостоящей и трудоёмкой составляющей [91].Выбор и при необходимости корректировка успешного режима опытнойпрокатки позволяет перейти к массовому использованию новой технологии.
Наэтом этапе проверяется устойчивость технологии, а также набираютсястатистические данные для корректировки математических моделей.Выводы по Главе 11. Обзор современного рынка толстолистового проката и труб большогодиаметра показал, что в России в последнее десятилетие сформироваласьвысоконкурентная среда, в связи с чем актуальной задачей является снижениесебестоимости производства, в том числе снижение затрат на разработку иосвоение новых видов продукции;2. Требования,предъявляемыеклистовомупрокатунепрерывноповышаются вследствие смещения месторождений нефти и газа на север, а такжевследствие потребности в увеличении пропускной способности трубопроводов;3.
Эффективная разработка технологии производства листового прокатавозможна при комплексном подходе как с точки зрения обработки металловдавлением, так и металловедения, основой современных технологических схемпроизводствавысокопрочноготолстолистовогопрокатаявляетсяконтролируемая прокатка;4. Научно-техническая цепочка, необходимая для разработки новых икорректировки существующих технологий, включает в себя следующие этапы:математическое моделирование процессов, имитация процесса в лабораторныхусловиях, воспроизведение процесса на лабораторном прокатном стане, опытнаяпроверка технологии в промышленных условиях и промышленное производство.32ГЛАВА2.МАТЕРИАЛЫ,МЕТОДИКИИОБОРУДОВАНИЕИССЛЕДОВАНИЯ2.1.
Исследуемые материалыДля исследования выбраны стали, отвечающие требованиям нормативнойдокументации для производства труб большого диаметра категорий прочностиК52-К60. Выбор сталей обусловлен необходимостью разработки технологиипроизводства на стане 5000 листового проката трубного назначения, чтовключает в себя исследования влияния термодеформационных режимов горячейпрокатки на формируемую в стали микроструктуру и механические свойства.Используемые в работе стали можно разделить на три группы в зависимости отспособа получения заготовки под прокатку и химического состава:1.
Лабораторные плавки, изготовленные в условиях экспериментальногокомплекса ЦНИИчермет им. И.П. Бардина, предназначенные для исследованиявлияния термодеформационных режимов прокатки на механические свойствапроката классов прочности К52-К56;2. Промышленные плавки, изготовленные в условиях конвертерныхпроизводствОАО«Новолипецкийметаллургическийкомбинат»дляпроизводства листового проката классов прочности К52-К56;3.
Промышленные плавки, изготовленные в условиях Новолипецкогометаллургического комбината для производства листового проката толщинойсвыше 30 мм класса прочности К60.Опытные плавки для прокатки на лабораторном прокатном стане ДУО-300осуществляли в вакуумных электрических печах. Разливка осуществлялась вразъёмные изложницы (Рис. 2.2). Размеры заготовок под прокатку – 80 мм х80 мм х 150 мм (толщина х ширина х длина). Выплавку промышленных плавокдля прокатки на толстолистовом стане 5000 осуществляли в конвертерахёмкостью 350 т. Металл исследуемых плавок разливали в слябы на машиненепрерывного литья заготовок (Рис. 2.1). Химический состав исследуемыхсталей приведен в Таблице 5.33Рис. 2.1.Сляб – заготовка для производства листа на стане 5000Рис. 2.2.Заготовка для стана дуо 300, освобождённая от изложницы34Таблица 5.Химический состав исследуемых сталейСодержание элементов в % по массеМаркасталиК52-К56(лаб.№1)К52-К56(лаб.№2)К52-К56(пром.№1)К52-К56(пром.№2)К60(пром.№1)К60(пром.№2)C MnSiPSNNi CuAlTiNb0,11 1,45 0,35 0,004 0,005 0,010-0,030 0,025 0,0400,11 1,42 0,39 0,004 0,005 0,010-0,030 0,017 0,0310,10 1,46 0,38 0,008 0,002 0,006-0,030 0,021 0,0390,11 1,46 0,40 0,008 0,002 0,006-0,030 0,017 0,0400,07 1,67 0,26 0,010 0,002 0,004 0,17 0,16 0,030 0,020 0,0550,06 1,70 0,23 0,010 0,002 0,004 0,16 0,17 0,034 0,021 0,0542.2.
Математическое моделированиеДля теоретического исследования деформированного состояния металла вработе применялся конечно-элементный программный комплекс DEFORM. Внастоящее время в нашей стране при проектировании технологии производстватолстолистогопрокатамоделированиетепловогоидеформированногосостояния металла методом конечных элементов широко не используется,однако применение метода обладает большими возможностями в частиснижения затрат на этапе подготовки к опытному производству. Программныйкомплекс DEFORM представляет собой пакет отдельных модулей, позволяющихмоделировать практически все современные процессы в металлургии:1. Обработка металлов давлением (прокатка, прессование, ковка и др.);2. Термическая обработка металлов (отпуск, старение, закалка и др.);3. Механическая обработка (сверление, фрезерование и др.).35Также в состав DEFORM входят дополнительные приложения длямоделирования микроструктурных превращений в заготовке при деформации,что является актуальной задачей при изучении процесса термомеханическойпрокатки.
Более чем 20-ти летняя практика применения метода конечныхэлементов при расчётах процессов деформации (для промышленных илабораторных условий), показала его высокую точность и надежность. DEFORMявляется одной из наиболее широко используемых ведущими мировыми научноисследовательскими институтами и промышленными предприятиями программмоделирования.Некоторые из преимуществ использования DEFORM:1. При моделировании двумерной задачи возможно использованиеосесимметричной, плоскодеформированной, плосконапряжённой постановки;2. Полностью автоматическое и оптимизированное перестроение сетки вовремя моделирования;3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
