Развитие научных основ, создание и реализация эффективных технологий прокатки низколегированных стальных полос и листов с повышенными потребительскими свойствами (06.04.2009)

Автор: Денисов Сергей Владимирович

Поверхностные дефекты в виде прикромочных «плен» располагались на расстоянии до 12 мм, что допускается стандартом.

Таким образом, опытная партия проката, произведенная по разработанным с использованием СИС режимам, полностью соответствовала требованиям НД и была отгружена потребителю.

Разработанная на основе методологии СИС технология производства проката класса прочности Х70 принята к использованию на ШСГП 2000. По этой технологии произведено около 10000 т продукции, которая полностью удовлетворяет требованиям НД.

Аналогично представленному выше и в соответствии с имеющимися заказами были поставлены задачи разработки композиции химического состава стали, а также технологии прокатки и охлаждения полос для следующих новых видов продукции:

1) коррозионностойкого рулонного проката (марки стали 13ХФА, 09ГСФ и 20Ф);

2) рулонного проката для изготовления магистральных нефтепроводных труб (категории прочности К52, К56, К60);

3) рулонного проката для изготовления магистральных газопроводных труб (категория прочности Х80);

4) рулонного низколегированного проката толщиной 16,1-20,0 мм (категория прочности S355, St 52-3 и др.);

5) рулонного проката толщиной 18,8-25,0 мм для изготовления труб (категория прочности Х65-Х70);

6) листового проката (со стана 5000) для изготовления труб большого диаметра (категории прочности К52, К56, К60, К65).

Основываясь на проведенном литературном обзоре и исследованиях на пласто-дилатометре BAeHR-Geratebau (Германия) фазовых превращений для сталей различных вариантов легирования: C-Mn-V-Nb; C-Mn-Cr-Ni-Cu-Nb; C-Mn-Mo-Nb; C-Mn-Ni-Mo-V-Nb (см. рис. 7), можно отметить, что рассматриваемая задача производства проката с уровнем прочности HSLA 355-600 может быть реализована при наличии следующих основных стадий в схеме прокатки:

- нагрев слябов с контролируемой температурой, обеспечивающей оптимальную степень растворения карбонитридов и получение относительно мелкого и однородного зерна аустенитной фазы перед прокаткой;

- измельчение зерен аустенитной фазы за счет многократной предварительной деформации и рекристаллизации;

- междеформационная пауза с охлаждением до температуры, при которой существенно заторможены процессы рекристаллизации аустенита;

- финальная деформация аустенита с суммарным обжатием 70-80 % при температурах ниже температуры его рекристаллизации и с применением межклетевого охлаждения;

- ускоренного охлаждения после прокатки.

Рис. 7. Схема термокинетической диаграммы

для сталей с содержанием углерода (0,04-0,07)%, марганца(1,3-1,6)% и дополнительным легированием

По методологии СИС, аналогично выше представленному варианту, были разработаны композиции химического состава стали, а также технологии прокатки и охлаждения следующих актуальных новых видов продукции:

1) рулонного проката из стали класса прочности HSLA 315 – 400;

2) рулонного проката из стали класса прочности HSLA 460 – 500;

3) рулонного проката из стали класса прочности HSLA 550 – 600;

4) рулонного проката из стали класса прочности DP 600.

Для каждой выше представленной технологии были разработаны принятые в ОАО «ММК» согласно СТП документы: технологические письма, изменения к технологической инструкции или технологическая инструкция.

Опробование режимов прокатки, разработанных с помощью СИС, для штрипса и автомобильной промышленности (по имеющимся заказам) из стали марок 13ХФА, 09ГСФ, Х80, S420MC и др., не потребовало дальнейшей корректировки, и они были внедрены в производство. По разработанным технологиям было произведено более 200 тысяч тонн проката.

Разработанные технологии были представлены на различных международных салонах, выставках, где были удостоены наградами, такими как золотые медали 7 Московского международного салона инноваций и инвестиций, серебряная медаль 12 международной выставки-конференции «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» и другими.

При применении рекомендованных композиций химического состава и режимов прокатки по всем маркам стали выход годного составлял 95…100 %.

Сравнивая расчетные и фактические значения параметров прокатки необходимо отметить, что расхождение не превышает 10-15 %.

Суммарный годовой экономический эффект составил более 160 млн. рублей.

Общие выводы

1. Разработана специализированная исследовательская система (СИС), объединяющая комплекс формализованных и неформализованных моделей, которая позволяет быстро и эффективно совершенствовать действующие и создавать новые технологии получение проката с высокими потребительскими свойствами.

2. Разработана вязко-пластическая конечно-элементная математическая модель напряженно-деформированного состояния слабосжимаемой среды, отличающаяся возможностью определения вероятности образования и развития трещин с использованием критерия разрушения В.Л. Колмогорова.

3. Выполнено лабораторное исследование формоизменения свинцовых образцов, моделирующее прокатку слябов в черновой группе ШСГП, которое позволило качественно и количественно уточнить основные закономерности такого формоизменения.

4. Используя данные лабораторного исследования, проверили адекватность разработанной математической модели. В итоге модель показала высокую сходимость результатов по протяженности приконтактных наплывов, максимальной величине утолщения и расположении их от края образцов. Абсолютное отклонение расчетного утолщения на контакте с валками от опытного составляет 0,25 мм, относительное – около 10%. Относительная погрешность при определении дополнительного уширения не превышает 9%, при определении естественного уширения – 11%.

5. Выполнили моделирование поведения поверхностных трещин при формоизменении сляба в черновой группе ШСГП 2000. В результате установили, что в вертикальном проходе следует применять калиброванные валки с выпуклым дном. Это уменьшает высоту наплыва на 15 – 20 % и не приводит к перетеканию металла с боковых граней на контактную поверхность с горизонтальными валками, что способствует удержанию дефектов сляба в прикромочной зоне.

6. На основе пластометрических исследований сталей новых марок получены регрессионные уравнения для определения сопротивления деформации, характеризующиеся высокой достоверностью, позволяющие вести расчёт энергосиловых параметров прокатки с высокой точностью. Найденные зависимости позволяют вести расчёт энергосиловых параметров прокатки сталей с высокой точностью и выполняют важную роль в алгоритме разработки новых, эффективных технологических режимов контролируемой прокатки полос из исследованных сталей.

7. Проведена серия испытаний на сжатие цилиндрических образцов из сталей 05Г1Б и X70 на многокулачковом пластометре с целью получения зависимостей, отображающих реологические свойства с учетом междеформационной паузы (процесса разупрочнения). При этом диапазоны варьирования были следующими: скорость деформации u = 1,0 – 55,0 с-1; степень деформации ? = 0,05 – 1,0; температура t = 850, 1100°C; время междеформационной паузы tп = 1, 5, 10 с. В результате промышленных испытаний были получены данные, подтверждающие результаты исследований на пластометре, при температурах 950 – 1100 0С обжатия рационально выдерживать в диапазоне от 15 до 25 %.

8. Разработаны нейросетевые модели прогнозирования механических свойств проката из низколегированных марок стали. Результаты тестирования работы нейросетевой модели показали на всем множестве значений высокую адекватность как для случая прямой, так и для случая обратной задачи.

9. Представлен вариант использования разработанной СИС для создания технологии производства проката для трубной промышленности из стали класса прочности Х70 с размерами полос (14 – 16)х(1000 – 1830) мм. В результате выбрана эффективная композиция химического состава стали, построен обобщенный температурно-деформационный режим прокатки, гарантирующий получение проката класса прочности Х70. Кроме того, найден режим обжатий по трем клетям черновой группы стана, минимизирующий распространение дефектов от кромки полосы. Разработанная технология производства проката класса прочности Х70 принята к использованию на ШСГП 2000. По этой технологии произведено около 1000 т продукции, которая полностью удовлетворяет требованиям НД.

10. С помощью СИС разработаны композиции химического состава и технологии прокатки и охлаждения для проката из следующих групп марок стали: коррозионностойкий рулонный прокат (марки стали 13ХФА, 09ГСФ и 20Ф), рулонный прокат для изготовления магистральных нефтепроводных труб (категории прочности К52, К56, К60), рулонный прокат для изготовления магистральных газопроводных труб (категория прочности Х80), рулонный низколегированный прокат толщиной 16,1-20,0 мм (категория прочности S355, St 52-3 и др.), листовой прокат (со стана 5000) для изготовления труб большого диаметра (категории прочности К52, К56, К60, К65).


загрузка...