Разработка технологии прокатки толстого листа на стане 5000 (1026122), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Описание и постановка задачи моделированияПодготовка к производству листового проката на стане 5000 состоит изследующих последовательных этапов (Рис.3.13). Основные технологическиепараметры, такие как температура нагрева, температурные интервалы прокаткии охлаждения могут быть определены и установлены при проектированиитехнологии, однако оборудование стана имеет некоторые ограничения. Вотношении прокатных клетей – это максимально допустимый крутящий моментдвигателя при начальных проходах (большой толщине раската) и максимальнодопустимое усилие прокатки (при низких температурах прокатки).
Также56необходимо учитывать требования по производительности, которые влияют наэкономическую эффективность.Рис. 3.13.Схема подготовки к производствуСтан 5000 ОАО «ВМЗ» оснащен моделью расчёта режимов прокатки сучётом ограничений энергосиловых параметров клети и привода. В большинствеслучаеввозможнополучитьнескольковариантовстратегийобжатий,отличающихся количеством проходов, распределением обжатий от первыхпроходов к последним, температурами и скоростями прокатки в отдельныхпроходах (рис.3.14).Целью первой стадии является получение за счёт рекристаллизации какможно более мелкого зерна аустенита.
При горячей пластической деформацииосновнымипараметрамивлияющиминарекристаллизациюявляются57температура, деформация и скорость деформации. Таким образом, на этапепроектированиятехнологииактуальнойзадачейявляетсярасчётрекристаллизационных процессов, в том числе с учётом распределения потолщине раската.Рис.3.14.Пример off-line расчёта прокатки на стане 5000Существующий подход к исследованию включает в себя имитациюпроцесса прокатки на пластометрах типа Gleeble путём осадки образцовцилиндрическойформы.Цельютакогоисследованияявляетсяэкспериментальное определение доли рекристаллизации металла, а такжеразмеров аустенитных зёрен. Как правило, режимы деформации полностьюповторяют предполагаемые режимы деформации на прокатном стане (общееотносительное обжатие, средняя скорость деформации, среднемассоваятемпература).
Однако, такой подход имеет ряд недостатков, основным изкоторых является различие в типах напряжённого состояния при сжатии ипрокатке. Поэтому такие исследования как правило позволяют судить только опроцессахпроисходящихприближением.приПрименениепрокаткекачественноматематическогосопределённыммоделированияпозволяетусовершенствовать существующую методику. Результаты моделирования могутбыть использованы для имитации на цилиндрических образцах деформацииотдельных слоёв прокатываемого металла с частными значениями степени и58скорости деформации, а также температуры. Однако, для этого необходимоиметь достоверные исходные данные для эксперимента.В следующих разделах представлены результаты моделирования процессапрокатки с помощью программного комплекса DEFORM, а также результатыэкспериментальных исследований на Gleeble 3800 с учётом неравномерностираспределения деформаций и температур по толщине раската:1.
Исследован процесс изотермической прокатки сляба толщиной 300 ммза один проход 10%;2. Исследовано влияние неравномерности температур, сформировавшеесядо прокатки на распределение деформаций при прокатке сляба толщиной 300 ммна 10%;3. Исследовано влияние дробности деформации на распределениидеформации и температуры по сечению раската.3.2.2. Теоретические основы DEFORMМодель DEFORM основана на теории пластического течения и описанасистемой уравнений, включающих в себя уравнение состояния (3.1), условиенесжимаемости (3.2), условие теплового баланса (3.3), модель напряжениятекучести материала в зависимости от параметров деформации (3.4),дифференциальное уравнение движения (3.5) и кинематическое соотношение(3.6), представленные ниже: = 0 +2̅;3̇ ̅ = 0;̇ = ( , ) + ̅̇;̅̅ = (̅, ̇,̅ );, + = 0;1̇={ 2 (, + , );(3.1)(3.2)(3.3)(3.4)(3.5)(3.6)59где , ̇ , – компоненты тензоров напряжения, скорости деформациии вектора скорости течения; 0 – среднее нормальное напряжение; – символКронекера; ̅, ̅, ̇ ̅ – интенсивности напряжений, деформаций и скоростейдеформации; – плотность; – удельная теплоёмкость; – температура; –теплопроводность; – коэффициент перехода механической энергии в теплоту(0,9 … 0,95).Тепловые граничные условия на свободной поверхности учитываюттеплообмен конвекцией и излучением.
Поведение всех материалов описываетсязависимостью «истинное напряжение – истинная деформация». Используемыезначения – эквивалентные напряжения по Мизесу и эквивалентные деформации:̅ =1√22 + 2 + 2 )√( − )2 + ( − )2 + ( − )2 + 6(̅ =√2√(1 − 2 )2 + (2 − 3 )2 + (3 − 1 )23где , , – осевые напряжения; , , – тангенциальныенапряжения; 1 , 2 , 3 – главные деформации.Для вычисления упругих деформаций используется уравнение ЛевиМизеса, которое связывает тензор напряжений и тензор скорости деформаций.Расчёт течения металла проводится на основе принципа минимальной работы,т.е.
металл течёт в направлении наименьшего сопротивления. Эквивалентнаядеформация для трёхмерного случая также можно записать следующим образом: =√2√(332 + 2 + 2 )− )2 + ( − )2 + ( − )2 + (2где ε , ε , ε – линейные деформация растяжения и сжатия посоответствующимγ , γ , γосям,–сдвиговыедеформациивсоответствующих плоскостях.Накопленная эквивалентная деформация может быть определена припомощи интегрирования: εεΣ = ∫0 п, где п – общее время прокатки.603.2.3. Моделирование первого чернового прохода в изотермическихусловияхРис. 3.15.Общий вид модели стана 5000Расчёт производился для прокатки сляба толщиной 300 мм притемпературе 1150°С за один проход с обжатием 10% (30 мм) и окружнойскоростью вращения валков 1,5 м/с в изотермических условиях.
В качествематериала использовалась микролегированная сталь типа 10Г2ФБЮ (Таблица8), предназначенная для производства труб большого диаметра.Таблица 8.Химический состав исследуемой сталиC0,07Si0,25Mn1,70P0,010S0,002NiAlCuN0,17 0,030 0,16 0,003Nb0,055Ti0,020Пластическая модель сляба сформирована из 4-ёх узловых билинейныхэлементов (Рис.3.15), модель валка – абсолютно жёсткая.
Решение задачипроизведено за 300 шагов, каждый из которых соответствовал временномуинтервалу 0,005 секунды. Для обеспечения стабильного захвата в начальныймомент прокатки использован толкатель, имитирующий работу клетевогорольганга. Скорость движения толкателя устанавливалась 0,1 м/с, вследствиечего после захвата он отставал от сляба и не оказывал воздействия на процессдеформации.61Для описания контакта между валком и слябом использована модельсухого трения = μp, где – напряжение сдвига, μ – коэффициент трения, p –контактное давление.
При этом коэффициент трения выбран 0,8.Выбранные для сляба элементы представляют собой квадраты, стороныкоторых параллельны осям координат, все элементы имеют одинаковый размер.Поскольку размер элементов может повлиять на результаты расчёта, длясравнения выбрано три варианта дисперсности сетки с разным количествомэлементов на полутолщину (Таблица 9).Таблица 9.Варианты разбиения сетки сляба на конечные элементыВариант123Количество элементовРазмерыКоличество элементовна ½ толщины, шт.102040элемента, мм15х157,5х7,53,75х3,75на ½ сляба, шт.≈600≈2500≈10000Рис. 3.16.Накопленная эквивалентная деформация после первого проходаХарактер распределения накопленной деформации для всех трёхвариантов схож (Рис.3.16).
Минимальная деформация накоплена в серединезаготовки, далее при движении к поверхности она растёт вплоть домаксимального значения, расположенного на расстоянии около 1/8 толщины от62поверхности раската. Значение максимальной деформации для трёх вариантовсхожи, тем не менее при большем количестве элементов деформация чуть ниже.Далее при движении от 1/8 толщины к поверхности наблюдается уменьшениенакопленной деформации, а вариант с большим количеством элементов такжепоказываетминимальноезначение.Всвязисзафиксированныминесоответствиями между результатами расчётов с разным измельчением сеток иочевидной большей приближенностью варианта 3 к реальности, при дальнейшемрассмотрении использован вариант с 40 элементами на полутолщину сляба(Рис.3.17).Рис.
3.17.Исследуемые точки: P1 (Точка 1) – поверхность раската, P41 (Точка 41) –середина63Рис. 3.18.Распределение деформаций по толщине после проходаТаким образом, минимальная истинная деформация была накоплена вцентральном по толщине слое и составила 0,135 мм/мм, максимальнаядеформация была зафиксирована на расстоянии около 1/8 толщины отповерхности и составила 0,205 мм/мм.
На поверхности зафиксировананакопленная деформация 0,162 мм/мм.Рис. 3.19.Распределение накопленной деформации по узлам64Линейная деформация после прохода по отношению к исходномусостоянию уменьшается по направлению к середине раската, однако еёнеравномерность незначительна. Сдвиговая деформация в различных слоях потолщине принимает как положительные, так и отрицательные значения, а еёнеравномерность заметно больше, чем у линейной (Рис.3.18).
Следовательносдвиговая деформация вносит основной вклад в распределение наколеннойэквивалентной деформации за счёт изменения знака в очаге прокатки, что однакосложно оценить только по итоговым значениям после прохода.В связи с этим проанализированы изменения линейных и сдвиговыхдеформаций в очаге прокатки. Анализ по каждому из 41-го узла сетки наполутолщине проката (Точка 1 – поверхность, Точка 41 – середина) показал, чтов зависимости от слоя по толщине изменение линейных и сдвиговых деформацийпроисходят по-разному, а слои можно группировать по некоторым особенностямизменения деформаций (Рис.3.20).Для линейной деформации можно выделить два участка по направлениюпрокатки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
