Исследование и совершенствование прокатки катанки из высокоуглеродистой стали 70корд и низкоуглеродистой стали Ст1кп с целью повышения комплекса механических свойств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Симаков, Юрий Владимирович

• Симаков, Юрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Симаков, Юрий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ВЛИЯНИЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА

СВОЙСТВА СОРТОВОГО ПРОКАТА.

1.1 Формирование структуры металла в процессе термомеханической обработки.

1.2. Степень, скорость и температура деформации как основные технологические факторы при использовании термомеханической обработки в процессе прокатки катанки. Особенности термомеханической обработки катанки.

1.3. Процессы рекристаллизации при горячей деформации.

1.4. Влияние химического состава на формирование структуры при термомеханической обработки.

1.5. Влияние охлаждения катанки на структуру, сформировавшуюся в результате термомеханической обработки.

1.6. Процесс ТМО при прокатке катанки.

1.7. Цели и задачи работы.

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОКАТКИ

КАТАНКИ.

2.1. Принятые допущения в математической модели.

2.2. Алгоритмы расчета элементов математической модели.

2.2.1. Степень и скорость деформации.

2.2.2. Температурный режим прокатки катанки.

2.2.2.1. Конвективный теплообмен раската в процессе прокатки.

2.2.2.2. Влияние деформационного разогрева на температуру раската в процессе прокатки.

2.2.2.3. Расчет радиационного теплообмена раската в процессе прокатки.

2.2.2.4. Потери тепла при контакте раската с рабочим инструментом - валками, шайбами. Методика расчета теплопроводности при контакте раската с прокатным валком.

2.3. Выводы по главе 2.

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ КАТАНКИ.

3.1. Формирование структуры раската под влиянием технологических факторов прокатки:.

3.2.Влияние степени деформации.

3.3. Влияние температуры деформации и времени последеформационной выдержки.

3.4. Влияние скорости деформации.

3.2. Модель формирования структуры, базирующаяся на экспериментальных данных.

3.3. Выводы по главе 3.

Глава 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОКАТКИ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАНКИ С ЗАДАННЫМИ МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ И

МИКРОСТРУКТУРОЙ.

4.1. Производство высокоуглеродистой сорбитизированной катанки на проволочном стане 300№3 ОАО «ММК» на основе результатов математического моделирования термомеханической обработки.

4.2 Применение модели термомеханической обработки для формирования структуры и механических свойств арматуры малых диаметров класса А500С из низкоуглеродистых марок стали на примере проволочного стана 250№2 ОАО

ММК».

4.3. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и совершенствование прокатки катанки из высокоуглеродистой стали 70корд и низкоуглеродистой стали Ст1кп с целью повышения комплекса механических свойств»

Эффективным процессом получения стали с повышенными механическими свойствами является общепризнанный процесс ТМО. Все большее количество новых прокатных станов создаются на основе технологических схем, в которых заложены принципы термомеханической обработки [1].

В процессе горячей прокатки происходит высокотемпературная термомеханическая обработка металла. Однако под ТМО, как правило, понимается не только физическая сущность процесса, но и целенаправленное комплексное воздействие на структуру металлического сплава совокупностью операций деформации, нагрева и охлаждения, в результате которых и происходит формирование окончательной структуры металлического сплава, а, следовательно, и его свойств [1].

Существует большое количество разновидностей термомеханической обработки стали. Их можно разделить на следующие группы:

1. Режимы термомеханической обработки, при которых деформация осуществляется в аустенитном состоянии. К этой группе относятся наиболее известные и изученные методы упрочнения: высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) и низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО).

2. Термомеханическая обработка с деформацией в ходе превращения переохлажденного аустенита.

3. Режимы термомеханической обработки, связанные с деформацией, осуществляемой после превращения аустенита в мартенсит или бейнит. Примером такой обработки является метод упрочнения, связанный с деформационным старением мартенсита.

Для упрочнения стали могут применяться различные комбинации режимов термомеханической обработки, например ВТМО с НТМО, ВТМО с деформационным старением мартенсита и др. [2]. Термомеханическая обработка, чаще всего, является окончательной операцией при изготовлении деталей. Но она может использоваться и как предварительная операция, которая обеспечивает формирование благоприятной структуры при проведении окончательной термической обработки, включающей закалку на мартенсит и отпуск.

Процессы ТМО широко изучены и опробованы на опытных и полупромышленных установках [3, 4]. Большие результаты были получены при использовании данных процессов при изготовлении продукции из цветных сплавов [4, 5, 6]. Огромные успехи в ТМО достигнуты при производстве штрипса-подката для труб большого диаметра [7], а также других видов листового проката, обладающего особым комплексом механических свойств [8].

В области сортового производства большое внимание уделяется процессам ускоренного охлаждения после прокатки. Но зачастую разрабатываемая технология режимов охлаждения рассчитана на формирование окончательной структуры металла только на основе фазовых превращений, протекающих при распаде аустенита. Однако при этом не учитывается влияние предыдущей деформации на формирование структуры в процессе превращения.

Данная работа посвящена восполнению данного пробела в области использования процессов ТМО при производстве катанки в условиях современных проволочных станов. При этом обеспечивается получение необходимого комплекса механических свойств, исключение последующих режимов термообработки проката в метизном производстве, создание новых видов продукции.

На основе расчета температуры и закономерностей процессов ТМО в диссертации разработаны технологические режимы прокатки катанки для целенаправленного получения структуры и механических свойств на основе математического моделирования и экспериментальных исследований.

В работе решены следующие задачи: - разработка математической модели расчета температуры раската в процессе прокатки, как одного из важнейших факторов, влияющих на механические свойства готовой катанки;

- определение влияния технологических параметров прокатки (скорость, степень и температура прокатки) на формирование структуры при получение катанки;

- определение рациональных режимов прокатки с необходимым микролегированием для получения комплекса свойств готового проката;

- разработка и использование новых режимов термомеханической обработки при производстве катанки.

Содержание работы отвечает поставленным целям и задачам.

В первой главе показаны теоретические аспекты процесса ТМО относительно применения его при производстве катанки. Приведены особенности и перспективы использования новых подходов в процессе прокатки катанки. При этом сделана оценка влияния, которое оказывается на структуру различными технологическими факторами: температура пластической деформации, степень и скорость деформации, режимы последеформационного охлаждения.

Во второй главе приведена разработка адаптивной температурно-кинематической модели, позволяющей построить на основе имеющего стана модели изменения температурных режимов при различных скоростных параметрах деформации.

В третьей главе приведена модель контролируемой прокатки катанки, позволяющей получить требуемый комплекс механических свойств. При этом в основу модели были положены результаты моделирования процессов ТМО на основе температурно-кинематической модели приведенной во второй главе и полученных экспериментальных данных на различных проволочных станов.

В четвертой главе проведена оценка моделирования процессов ТМО при разработках и адаптации к новым проволочным станам. При этом осуществлена возможность определения основных конструктивных параметров как прокатного стана так и установок температурного регулирования проката в процессе деформации.

В выводах проведен анализ сделанной работы, ее теоретическая и практическая значимость в области прокатки на проволочных станах с использованием режимов ТМО.

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Симаков, Юрий Владимирович

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Рассмотрены процессы, происходящие при деформации металла в горячем состоянии. Определены факторы, наиболее влияющие на формирование структуры металла после деформации.

2. Показана перспективность развития процесса ТМО при производстве катанки с учетом ее геометрических размеров и особенностей производства: особо малое сечение и высокие скорости деформации в отличие от других видов металлопродукции получаемых путем горячей прокатки.

3. Разработана температурно-кинематическая математическая модель проволочного стана, позволяющая рассчитать необходимый температурный режим прокатки в зависимости от влияния всех основных составляющих теплообмена. Также модель позволяет прогнозировать температурный градиент по сечению раската, что в последствии позволяет оказывать влияние на снижение неравномерности структуры в готовой продукции.

4. Определены инструменты получения необходимых механических свойств катанки при горячей прокатке с учетом существующих технологических возможностей стана с точки зрения влияния горячей пластической деформации и химического состава на структуру.

5. Показано, что в процессах производства катанки имеются особые условия высокоскоростной деформации и охлаждения, которые недостаточно изучены и, поэтому, не всегда могут быть использованы для целенаправленного получения структуры и свойств готового проката.

6. Разработки получения в структуре высокоуглеродистой катанки сорбито-образного перлита в линии прокатного стана являются одним из перспективных направлений в производстве данного вида продукции. Получение мелкодисперсного сорбита в структуре катанки позволяет избежать при последующем переделе (волочении) достичь более высокой суммарной деформации без проведения процесса патентирования, который приводит к значительному повышению себестоимости получаемой проволоки.

7. В результате проведенной исследовательской работы был разработан и внедрен в производство наиболее оптимальный режим прокатки и охлаждения катанки для последующей переработки ее на кордовую проволоку. Внедрение разработанного режима охлаждения позволяет получить на мелкосортно-проволочном стане 300 №3 ОАО «ММК» высокосорбитизи-рованную катанку класса ВК с содержанием дисперсности перлита в высокоуглеродистой катанке до 85%.

8. Проведенные исследования позволили определить основные параметры процесса термомеханического упрочнения катанки малых диаметров. Впоследствии при пуске на ОАО «ММК» стана 170 после адаптации полученных результатов к условиям прокатки на новом стане позволит освоить данный сортамент при массовом производстве

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Симаков, Юрий Владимирович, 2006 год

1. Milieu Y.J., Bude D. Новые разработки в области проволочных ста-нов//Новости черной металлургии за рубежом. 2001. №4 (28). С. 67-70.

2. Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. "Основы термической обработки стали" Екатеринбург, 1999. С. 18-35.

3. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства сталей: Справ.изд./Бернштейн М.Л., Добадкин C.B., Капуткина Л.М., Прокош-кин С.Д. М.: Металлургия, 1989. С. 16-113.

4. Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка сплавов. Т.1.- М., Металлургия, 1968. С.295-314.

5. Hull D, Mogford S.L. Phil. Mag., 1961, v.8, N6, P. 535.

6. Каган Д.Я., Колчинский В.И. /Металловедение и термическая обработка металлов.-1959.-8.-С.52.

7. Погоржельский В.И., Матросов Ю.И. Контролируемая прокатка. М.:Металлургия, 1979. С.219.

8. Высокотемпературная контролируемая прокатка низколегированных сталей. Корчинский М. / Сталь.-1990.-7.-С.85-92.

9. Металловедение и термическая обработка стали: Справ.изд. В 3-х т. /Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. 4-е изд., перераб. и доп.Т. 1.Методы испытаний и исследования. В 2-х кн. Кн.1. - М., Металлургия, 1991. С.43-78.

10. Бернштейн М.Л., Одесский П. Д. Высокопрочные строительные стали. /Итоги науки и техники: Сборник трудов ВИНИТИ (серия "Металловедение и термическая обработка"). М.: ВИНИТИ, 1977, Т.11. С. 5-66.

11. Бернштейн М.Л, Займовский В.А., Капуткина Л.М. Термомеханическая обработка стали. М.:Металлургия, 1983. С.23-45.

12. Капуткина Л.М., Добаткин C.B., Жданович Т.К., Механизмы разупрочнения при горячей деформации аустенитной нержавеющей стали / Изв. АН СССР. Металлы. 1985. №4. С. 122-129.

13. Ortner В., Stuwe H.P. Dynamische Rekristallization. /Ztschr. Metallkunde. 1976. Bd 67. H.10. S. 672-677.

14. Richardson G.J., Sellars C.M., Tegart W.J., Mc G. Rekristallization during Creep of Nickeil/Acta Metallurgica. 1966. V.14№12.P. 1225-1236.

15. Sandstrom R., Lagneborg R.A. Model for Hot Working Occuring by Rekristallization/Acta Metallurgica. 1975. V.23 №3. P. 387-398.

16. Рекристаллизация металлических материалов. Ред. Ф.Хесснер. Пер. с англ., под ред. Ч.В. Копецкого. М., Металлургия, 1982.С.231-235.

17. Капуткина Л.М., Никишов H.A., Качанов A.B. Влияние субструктуры, созданной при горячей деформации, на упрочнение Ft-Ni-C аустенита / МиТОМ. 1981. №5. С. 42-45.

18. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд. перераб. и доп.-М.:Металлургия, 1986. С. 123-185.

19. Попов A.A., Попова Л.Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. М: Машгиз, 1961.

20. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. Учебник для вузов. 3-е изд. М., Металлургия, 1984.С.58.

21. Бернштейн М.Л. Прочность стали. М., Металлургия, 1974.С.44-99.

22. Принципы моделирования ТМО с использованием структурно-матричного подхода / Тулупов О.Н., Поляков М.Г., Симаков Ю.В, Моллер А.Б. // Вестник МГТУ, 2002 №2. С.49-54.

23. Исследование термомеханической обработки при производстве катанки / Симаков Ю.В, Моллер А.Б. // Молодежь и наука третье тысячелетие: Сб. материалов межрегионального научного фестиваля. Красноярск, 2002. С.219-220.

24. Основные принципы исследования особенностей контролируемой прокатки при производстве катанки / Симаков Ю.В, Моллер А.Б., Поляков М.Г. // Деп. в ВИНИТИ 09.07.03, №1314-В2003. УДК 621.771.225. МГТУ, 2003. С.1-26.

25. Теория прокатки. Справочник. Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин

26. B.И., Третьяков A.B., Никитин Г.С. М.: Металлургия, 1982. С308

27. Остроумов Г.А. Свободно-конвективный теплообмен. Справочник. Минск: Наука и техника, 1982, С.58.

28. ЗЬВаничев А.П. Приближенный метод решения задач теплопроводности при переменных константах. «Изв. АН СССР. ОТН», 1946, №12,1. C.1767-1774.

29. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М., Гостехиздат, 1954. С.408.

30. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. -М.: Энергоатомиздат, 1990. С.45-78.

31. Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке. М., Машгиз, 1951. С.21-34.

32. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей./Под ред. проф. докт. техн. наук В.А. Кривандина: В 2-х томах. 2-е изд. перераб. и доп. Т.2. Мастрюков Б.С. Расчеты металлургических печей. М.: Металлургия, 1986. С.76-85.

33. Расчет температурных характеристик при контролируемой прокатке катанки/Симаков Ю.В.//Моделирование и развитие технологических процессов: Сб. науч. тр.-Магнитогорск: МГТУ, 2004.-С.73-76.

34. Остроградский М.В. Замечания по теории теплоты. Записки С.-Петербургской Академии наук, т.1,1831. С.154-189.

35. Гребер Г., Эрк С., Григулль У. Основы учения о теплообмене. Пер. с англ. М., Изд-во иностр. Лит., 1958.

36. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М: Наука, 1964.

37. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967

38. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Изд. 5-е перераб. и доп. - М.: Атомиздат, 1979.С.158.

39. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. Изд. 2-е, пераб. И доп. Л., «Энергия», 1976. С. 18-69.44.0рвис Вильям. Excel для ученых, инженеров и студентов: Пер. с англ. -К.: Юниор, 1999.-С.311.-528.

40. Железнов Ю.Д., Цифринович Б.А., Лямбах Р.В., Ромащкевич Л.Ф., Са-вичев Г.Д. Сталь, 1968, №10, с.914-920

41. Закономерности влияния легирующих элементов на сопротивление деформации сталей /Андреюк Л.В. // Сталь, 1974, №9, С. 144-148.

42. Коновалов Ю.В., Остапенко А.Л. Температурный режим широкополосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1974. 175с.

43. J.N. Cordea. Low Alloy-High Strength Steels. Metallurg. Companies Nur-emburg 1970. P.71.

44. Fukuda M. Effect of Controlled Rolling and Microalloying-75 / Edit. M. Korchynsky. N.Y., 1987. P. 136-150.

45. Марцинив Б.Ф., Горбанев A.A., Борисенко А.Ю. и др. Формирование структуры и свойств катанки при охлаждении высокоскоростными воздушными потоками. Металлургическая и горнорудная промышленность, 2001, №6, С. 66-70.

46. Парусов В.В., Луценко В.А., Тищенко В.А., Стеблов А.Б. Оптимизация структуры углеродистой катанки при двухстадийном охлаждении. Сталь, 2003, №4, 62-64 с.

47. Потемкин К.Д. Термическая обработка и волочение высокопрочной проволоки. М., Металлургиздат, 1963, С.60.

48. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М., Металлургия, 1984, С 160.

49. Попов A.A., Попова А.Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Свердловск, МАШГИЗ, 1965, СИЗ.

50. Разработка и освоение технологии производства высокосорбитизиро-ванной катанки в условиях Магнитогорского металлургического комбината. / Гасилин A.B., Селезнев И.В., Симаков Ю.В, Пономарев А.Ф. // Черная металлургия, бюллетень НТИ.-2004.-1.-С.14-16.

51. Свидетельство №2006620136 РФ. База данных технологических параметров сортовых станов / О.Н. Тулупов, А.Б. Моллер, Ю.В. Симаков и др. 17.05.2006.

52. Новейшие образцы сортовых профилей и катанки, получаемых с применением термомеханической обработки. / Новости черной металлургии за рубежом.-1997.-3.-С.115-117.

53. Узлов И.Г. / Термомеханическое упрочнение проката эффективный путь энергосбережения и повышения качества металлопродукции. / Металлургическая и горнорудная промышленность.-1999.-5.-С.61-64.

54. Сеничев Г.С. Влияние технологии принудительного охлаждения при термомеханическом упрочнении на формирование структуры и свойств арматурной стали / Труды Четвертого конгресса прокатчиков (Магнитогорск, 16-19 октября 2001г.).Т. 1 ,-М.,2002.-С.334-336.

55. Моделирование контролируемой прокатки при производстве катанки. / Тулупов О.Н., Симаков Ю.В, Моллер А.Б., Поляков М.Г. // Труды Пятого конгресса прокатчиков (Череповец, 21-24 октября 2003 г.) .-М.: ОАО "Черметинформация", 2004.-С.249-251

56. Производство термомеханически упрочненного проката для армирования бетона / Черненко В.Т., Кузьменко А.Г., Корнев В.Н. и др. / Металлург.-2001 .-7.-С.36-3 7

57. Новые технологии прокатного производства / Райков Ю.Н., Сивак Б.А., Симаков Ю.В., А.Б. Моллер. // Оборудование. 2006, №3. С.40-44.