Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Обработка металлов давлением

Диссертационная работа:

Наумов Антон Алексеевич. Разработка технологий горячей прокатки листа из трубных и автомобильных сталей с использованием методов физического и математического моделирования : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.05 / Наумов Антон Алексеевич; [Место защиты: С.-Петерб. политехн. ун-т].- Санкт-Петербург, 2010.- 209 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2038

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы

Насущной проблемой российских производителей проката является выход на мировой уровень качества производимого листа. Одной из основных задач повышения качества проката при сохранении или понижении его себестоимости является обеспечение заданного комплекса механических и эксплуатационных свойств, а также стабильность заданных свойств.

В настоящее время при разработке технологий передовые мировые производители проката используют компьютерные программы, позволяющие рассчитывать механические свойства и параметры структуры сталей. Основой подобных программ являются базы данных "химический состав - параметры обработки - структура - свойства", которые составляются при помощи методов физического моделирования термомеханических воздействий на металл. Одна из таких программ - лицензионная программа Hot Strip Mill Model (HSMM), разработанная по инициативе Американского института чугуна и стали. В базу данных этой программы входят 10 базовых марок, в том числе низколегированные углеродистые и микролегированные стали, для которых выполнен весь комплекс структурных исследований и механических испытаний. В программу заложены математические модели процессов структурообразова-ния и формирования механических свойств металла при пластической деформации и фазовых превращениях. Ее адаптация к реальным промышленным прокатным станам позволяет усовершенствовать существующие и создавать новые технологии производства листовой продукции.

С учетом параметров горячей прокатки и режимов охлаждения подобные программы позволяют рассчитывать такие параметры структуры и свойства металла, как размеры зерна аустенита и феррита, содержание феррита и перлита, упрочнение от выделения карбонитридов микролегирующих элементов, пределы текучести и прочности, удлинение при растяжении. Кроме того, программы типа HSMM выполняют расчеты энергосиловых параметров прокатки, выполняют проверку элементов оборудования на перегрузки, рассчитывают формирование профиля полосы, температуру проката по ходу технологического процесса обработки по длине и толщине проката, включая ускоренное или естественное охлаждение.

Нельзя считать, что программы типа HSMM являются всеобъемлющими и могут рассчитать любое структурное состояние, напротив, они требуют постоянного совершенствования и обновления в связи с формированием новых представлений и знаний в материаловедении, в частности, о бейнитных превращениях. Но, тем не менее, подобные модели начинают приносить положительные эффекты, в том числе экономические, при разработке новых технологий, новых материалов, при оптимизации технологий прокатки по комплексу механических свойств сталей.

С использованием программы HSMM в данной работе были предложены первые в России модели прокатных станов, в том числе непрерывного широкополосного стана 2000 и реверсивного толстолистового стана 5000 ОАО "Северсталь". При помощи этих моделей были рассчитаны параметры структуры и механические свойства сталей в результате многопроходной деформации при переменных температуре, степени и скорости деформации, учитывая фазовые превращения при охлаждении. Информацию об этих физических процессах, протекающих в металле, можно получить с помощью физического моделирования на специальных комплексах.

Возможности физического моделирования процессов горячей прокатки с использованием комплекса Gleeble-3800 и последующим исследованием структуры и свойств обработанного металла позволяют определить термомеханические параметры прокатки сталей с заданной структурой и механическими свойствами, а применение виртуальных моделей прокатных станов дает возможность анализа путей реализации этих параметров на промышленных прокатных станах. Таким образом обеспечивается возможность разработки прокатных технологий производства сталей с заданной структурой и механическими свойствами.

В силу многих причин в России до настоящего времени не использовались компьютерные технологии управления свойствами проката, основанные на физически обоснованных интегральных математических моделях, описывающих формирование структуры и свойств сталей в процессах их обработки. На многих предприятиях используются статистические модели, имеющие ограниченные возможности при разработке новых технологий и материалов.

Таким образом, совершенствование и разработка новых технологий горячей прокатки листа с использованием методов физического и математического моделирования процессов формирования структуры и

механических свойств сталей в зависимости от режимов обработки является актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследования

Целью работы является: совершенствование и разработка новых технологий горячей прокатки листа из трубных и автомобильных сталей с использованием методов физического и математического моделирования процессов формирования структуры и механических свойств материалов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

создание виртуальных компьютерных моделей прокатных ста
нов 2000 и 5000 ОАО "Северсталь" и адаптация программы HSMM к ус
ловиям прокатки на данных станах;

оптимизация технологии прокатки трубной микролегированной стали марки 10Г2ФБ на толстолистовом стане 5000 для получения однородной структуры листа при сохранении заданного уровня механических и ударных свойств;

разработка технологии горячей прокатки двухфазной ферритно-мартенситной стали на непрерывном широкополосном стане 2000;

разработка технологии горячей прокатки ТЖР-стали на непрерывном широкополосном стане 2000.

Научная новизна

При выполнении работы получены результаты, отличающиеся научной новизной, в том числе:

разработаны температурные режимы прокатки и контролируемо-

го охлаждения толстого листа на стане 5000 ОАО «Северсталь», обеспечивающие получение однородной структуры проката без перлитной полосчатости, предусматривающие:

прокатку без подстуживания ("покачивания") между черновой и чистовой прокатками;

регулировку температуры конца прокатки при помощи охлаждения гидросбивом, установленным в клети стана;

выбор температуры конца прокатки приблизительно равной температуре начала ферритного превращения в соответствии с термокинетической диаграммой распада аустенита;

ускоренное охлаждение от температуры конца прокатки до тем-

ператур 550н-600 С при помощи установки ускоренного охлаждения; предложенный режим обеспечивает следующие преимущества:

  1. значительное снижение структурной неоднородности и устранение перлитной полосчатости металла,

  2. обеспечение заданного уровня механических свойств;

  3. высокое значение ударной вязкости вплоть до значений KCLT60 = 420-430Дж/см2;

  4. повышение производительности стана минимум на 10-=-15 % по сравнению с контролируемой тандемной прокаткой 2 или 3 полос с под-стуживанием на рольганге между черновой и чистовой прокатками;

на основании выполненного статистического анализа зависимостей доли вязкой составляющей при испытаниях падающим грузом (ДВС при ИПГ) от многих параметров по 2000 прокатанным полосам был устранен недостаток предложенной технологии, а именно - низкая ДВС при ИПГ; за счет корректировки химического состава этот недостаток был устранен;

с помощью физического моделирования на комплексе Gleeble-3800, установлено, что температура ферритного превращения, во многом определяющая свойства горячекатаного толстого листа, существенно зависит как от степени растворения микролегирующих элементов, так и от температуры окончания прокатки:

при Ткдпрец. (Ткп- температура конца прокатки, Гпрец. - температура выделения карбонитридов микролегирующих элементов) температура начала ферритного превращения Гф.п. повышается на 20*30 С;

при 7,ф.п.<7,к.п.<Гпрец. температура начала ферритного превращения 7фп. понижается на 5-=-40 С;

с помощью физического моделирования на комплексе Gleeble-3800 выявлено, что для получения двухфазной ферритно-мартенситной структуры проката из стали DP-Mo-600 необходимо обеспечить требуемое время выдержки для полного протекания ферритного превращения и обогащения углеродом аустенита с последующим быстрым охлаждением на мартенсит. При помощи программы HSMM, адаптированной к условиям прокатки на непрерывном широкополосном стане 2000, показана возможность реализации температурно-скоростных режимов прокатки автомобильной двухфазной ферритно-мартенситной стали на этом стане;

при помощи методов физического и математического моделирования установлены деформационные и температурно-временные параметры прокатки, обеспечивающие возможность изготовления автомо-

бильної! TRIP-статі на непрерывном широкополосном стане 2000 ОАО "Северсталь". Определены режимы обработки, обеспечивающие получение наибольшего количества остаточного аустенита (до 15 %) для стали исследованного химического состава;

для анализа существующих и разработки новых технологий про-

катки созданы виртуальные модели прокатных станов - реверсивного толстолистового стана 5000 и непрерывного широкополосного стана 2000 Череповецкого металлургического комбината ОАО "Северсталь", включающие все единицы оборудования, непосредственно участвующие в нагреве, транспортировке, пластической деформации, подстуживании, охлаждении металла и учитывающие все возможные изменения параметров горячей прокатки. Созданные виртуальные модели использованы для расчета влияния режимов горячей прокатки и контролируемого охлаждения на механические свойства и структуру сталей, а также для расчета и перераспределения по проходам энергосиловых параметров прокатки.

Практическая ценность и реализация работы

В результате проведенных в диссертационной работе исследований с использованием методов физического и математического моделирования разработаны технологии горячей прокатки для станов 5000 и 2000 ОАО «Северсталь»:

толстого листа из трубной стали 10Г2ФБ с однородной структурой без перлитной полосчатости;

листа толщиной 3-ь4 мм из высокопрочной автомобильной фер-ритно-мартенситной стали DP-Mo-600;

листа толщиной 3-М- мм из высокопрочной автомобильной TRIP-стали.

На стане 5000 ОАО «Северсталь» проведено пять опытных прокаток толстого листа из трубной стали 10Г2ФБ, в результате которых получен прокат с однородной структурой и требуемым комплексом механических свойств.

В результате большого количества расчетов при помощи программы HSMM (температура прокатки по проходам, энергосиловые параметры прокатки, параметры структуры и механические свойства проката) и сравнения расчетных параметров с фактическими данными, определенными в заводской лаборатории ОАО "Северсталь", компьютерная программа HSMM адаптирована к условиям горячей прокатки на станах 2000 и 5000, откалибрована по температуре и механическим свойствам; в ре-

зультате выполненных исследований погрешности расчетов механических свойств для исследованных марок сталей не превышают 5%.

Важным результатом выполненной работы является внедрение программы HSMM в технологические заводские разработки ОАО "Северсталь". Ведутся работы по более широкому внедрению программы HSMM в листопрокатном производстве на стане 2000. Выполняются совместные работы по совершенствованию программы HSMM для расчетов параметров структуры и механических свойств сталей всего сортамента сталей листовых станов ЧерМК.

Основные научные положения, выносимые на защиту

  1. Виртуальные модели реверсивного толстолистового стана 5000 и непрерывного широкополосного стана 2000, адаптированные к производственным условиям прокатки и предназначенные для совершенствования существующих и разработки новых технологий горячей прокатки.

  2. Термокинетические диаграммы распада аустенита для стали марки 10Г2ФБ в литом и деформированном состоянии.

  3. Результаты анализа способов повышения доли вязкой составляющей при испытаниях падающим грузом.

  4. Условия получения однородной структуры трубной стали 10Г2ФБ и технология прокатки толстого листа на стане 5000 ОАО «Северсталь», которая обеспечивает отсутствие перлитной полосчатости, высокую ударную вязкость, сохранение заданного уровня механических свойств при повышении производительности стана, а также результаты ее опробования в промышленных условиях.

  5. Технология горячей прокатки, позволяющая получить двухфазную ферритно-мартенситную сталь на непрерывном широкополосном стане 2000 ОАО «Северсталь».

  6. Технология горячей прокатки, позволяющая получить высокопрочную автомобильную TRIP-сталъ с остаточным аустенитом на непрерывном широкополосном стане 2000 ОАО «Северсталь».

Апробация работы

Основные положения работы доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях «Современные металлические материалы и технологии» (СММТ) Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, СПб, 2007-2009 гг.; всерос-

сийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов в рамках XXXVI - XXXVIII Недель науки СПбГПУ в 2007-2009 гг.; политехническом симпозиуме «Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона» СПбГПУ, 2007 г.; XVI Международной научно-методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии и инновации в образовании и науке» СПбГПУ, 2009 г.; XIII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах» СПбГПУ, 2009 г.; международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», Москва, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, 2009 г..

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из них 2 - в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 165 наименований. Работа изложена на 209 страницах машинописного текста, содержит 99 рисунков и 54 таблицы.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры «Пластическая обработка металлов» СПбГПУ и лаборатории «Исследование и моделирование структуры и свойств металлических материалов» НИИ Материалов и технологий СПбГПУ.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net