Разработка новых способов и совершенствование технологии прокатки листовой стали тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Лоскутов, Дмитрий Рудольфович

• Лоскутов, Дмитрий Рудольфович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лоскутов, Дмитрий Рудольфович

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Состояние и проблемы технологии толстолистовой прокатки

1.1. Анализ влияния технологических параметров на свойства и качество готового продукта.

1.2. Роль способов прокатки в технологии производства толстых листов

1.3. Проблемы описания деформации толстых листов

1.4. Скорость распространения ультразвука как информативный фактор при исследовании механических свойств и структуры сталей

1.5. Аппаратура и методика измерения скорости ультразвука

1.6. Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. Напряжения в зоне деформации и силовые параметры процесса

2.1. Тензор скоростей деформации

2.2. Напряжения в очаге деформации

2.3. Представление силовых характеристик в угловых координатах

2.4. Обсуждение некоторых результатов анализа

ГЛАВА 3. Лабораторное моделирование процесса прокатки и оценка работоспособности станин прокатных станов

3.1. Моделирование процесса прокатки в лабораторных условиях

3.2. Определение работоспособности станин прокатных станов методом УЗ дефектоскопии и оптической тензометрии

ГЛАВА 4. Совершенствование технологии производства листовой стали на основе анализа работы листопрокатного цеха АО "КМК"

4.1. Рационализация режимов и способов нагрева и прокатки толстых листов

4.2. Оптимизация режимов обжатий

ГЛАВА 5. Совершенствование режимов обжатий и профиля прокатных валков и новые способы прокатки листов

5.1. Повышение качества и выхода годного листового металла совершенствованием способов прокатки сляб

5.2. Влияние формы прокатных валков листопрокатного стана на проработку металла и улучшение его свойств

5.3. Новые способы прокатки листов в валках с переменным сечением в клети трио Лаута

ГЛАВА 6. Механические свойства листового проката из низкоуглеродистой стали и неразрушающий ультразвуковой контроль их уровня

6.1. Материалы для эксперимента и их подготовка

6.2. Измерение ударной вязкости закаленных сталей

6.3. Ультразвуковой контроль ударной вязкости

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка новых способов и совершенствование технологии прокатки листовой стали»

Актуальность работы. Стальной лист в общем сортаменте проката занимает одно из первых мест и технология его изготовления достаточно сложна.

Листовой прокат относится к наиболее экономичным видам металлопродукции. Листы различных видов широко используются в тяжелом, транспортном и сельскохозяйственном машиностроении, в судостроении, котлостроении и других отраслях народного хозяйства.

В отечественной промышленности доля листовой продукции в общей массе проката постоянно увеличивается. Одновременно с повышением роста производства листового проката перед металлургами поставлена задача дальнейшего и значительного улучшения качества полученной продукции по таким основным дефектам как неточность размеров, волнистость, коробоватость, поверхностные дефекты, неудовлетворительные механические свойства, большая разнотолщинность по ширине и длине листа.

Технология прокатки толсто- и среднелистовой стали определяется многими факторами, такими как химический состав и технологические особенности стали, уровень механических свойств, размеры прокатываемых листов и т. д. 3 зависимости от этих условий устанавливается режим нагрева металла для прокатки, величина обжатий, количество проходов, температура конца прокатки и режим термообработки.

Использование листового проката для ответственных несущих и резерву-арных конструкций предъявляет повышенные требования к прочностным показателям листовой стали и требует во многих случаях их контроля непосредственно на готовой продукции, для чего неприменимы традиционные методики определения прочности и пластичности. В этой связи возникает проблема создания простых и надежных методик неразрушающего определения упомянутых характеристик.

Для корректного определения значения силовых параметров при прокатке необходимо знание поля тензора напряжений, обусловленного реальной кинематикой течения металла в очаге деформации. Значения вектора напряжений при контакте позволяют получать все силовые характеристики процесса.

Проблема увеличения производства, совершенствование технологии улучшение качества продукции, снижение материальных затрат при производстве листового проката является комплексной и должна решаться на научной основе, с учетом конкретных особенностей производства и вида металлопродукции. Эти задачи являются актуальными и могут быть успешно решены при разработке и практическом освоении новых технологических способов прокатки листового металла, определении оптимальных режимов и рациональных способов нагрева, анализе оценки напряженно-деформированного состояния в очаге деформации, разработке и обосновании методики определения прочностных характеристик листового проката неразрушающим способом.

Цель работы: Совершенствование технологии прокатки толстолистовой стали. При реализации этой цели были решены следующие задачи:

1. Оценка напряженного состояния в очаге деформации при прокатке с учетом несимметричного тензора напряжений.

2. Выполнено моделирование процесса прокатки в лабораторных условиях для определения сопротивления деформации и пластичности сталей.

3. Рассчитаны оптимальные режимы обжатий и выполнена оценка крутящего момента и нормального усилия на валках, обусловленных реальной кинематикой течения металла в очаге деформации.

4. Установлен характер влияния основных факторов прокатного производства (схемы прокатки, степени обжатий на последнем пропуске, температуры нагрева заготовок и конца прокатки) на физико-механические свойства низколегированной стали 10Г2С1.

5. Разработаны и внедрены новые способы прокатки сляб и листового металла и способы прокатки листовой стали в клети трио Лаута с переменным сечением валков.

6. Обоснована и разработана методика определения прочностных характеристик листового проката с помощью измерения скорости распространения ультразвука и проверена ее применимость.

Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты:

1. Впервые получены распределения компонент тензора напряжений, обусловленного моделью течения металла, адекватной реальному процессу. Нормальное давление на валок и касательные к его поверхности напряжения определяются по тензору напряжений без каких-либо предположений о законе трения.

2. Выполнено моделирование процесса прокатки методом горячего кручения и определены характеристики пластичности и сопротивления деформации.

3. Рассчитаны оптимальные режимы обжатий по методике, учитывающей энергосиловые возможности стана и условия захвата, и установлены зависимости физико-механических свойств от основных факторов листопрокатного производства.

4. Впервые предложена достаточно точная и надежная методика определения ударной вязкости, предела прочности и предела текучести с помощью измерения скорости распространения ультразвука.

Практическая значимость. На основе выполненных исследований усовершенствованы технология прокатки листовой стали и контроль ее качества.

При этом выполнены следующие работы:

1. Оптимизированы режимы обжатий и способов нагрева и прокатки толстых листов стали 10Г2С1.

2. Предложены и внедрены эффективные способы прокатки сляб и листового металла.

3. Предложены новые способы прокатки листовой стали в валках с переменным сечением

4. Разработана методика неразрушающего контроля механических свойств, которую можно применить непосредственно в цеховых условиях. С ее помощью можно организовать 100 %-й контроль механических характеристик листового проката.

Суммарный экономический эффект от внедрения результатов работы составил свыше 0,57 млрд. рублей в ценах 1997 года.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработка и внедрение 3-х новых способов производства сляб и листового металла.

2. Экспериментальные результаты моделирования процесса прокатки методом горячего кручения.

3. Одаима/:>ърые—-режимы о.бжатий- и зависимости^ физико-механических свойств проката от основных факторов прокатного производства.

4. Результаты оценки поля напряжений в очаге деформации и силовых параметров процесса прокатки (нормальное давление и крутящий момент).

5. Методика неразрушающего контроля показателей механических свойств листового проката, основанная на установлении корреляции между показателями прочности и пластичности и скоростью распространения ультразвука.

6. Новые способы прокатки листовой стали в клети трио Лаута с переменным сечением валков

Достоверность результатов и правомерность сделанных выводов обеспечиваются обоснованностью методов обработки металлов давлением, современного физического материаловедения, теории пластичности и сопоставлением полученных результатов с известными экспериментальными и теоретическими данными других авторов, использованием статистических методов обработки результатов экспериментов, практическим внедрением в производство, Личный вклад автора состоит в научной постановке задач исследования, совершенствовании технологии проката я листовой стали и контроля ее ка чества, разработке новых способов прокатки, анализе полученных результатов, проведении промышленных испытаний, внедрении результатов в производство.

Апробация работы. Основные положения, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на технических советах : ОАО «Кузнецкий металлургический комбинат» (1987-1997 г.г.); Межгосударственной научно-технической конференции «Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века» 14-17.05.96 г., г.Магнитогорск; Международной конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» 2428.06.96 г., г.Тамбов; Международной научно-технической конференции «Структурная перестройка металлургии: экономика, экономия управления, технология» 22-25.10.96 г.Новокузнецк; V-й Международной конференции «Актуальные проблемы материаловедения в металлургии» 3-7.02.97 г., Т.Новокузнецк; Международной конференции «Высокие технологии в современном материаловедении» 27-28.05.97 г.Санкт-Петербург; Международной конференции «Всесибирские чтения по математике и механике» 17- 20.06.97, 8 jTfoMCK; научно-технической конф(фенции)«Физика и техника ультразвука», посвященной 100-летию профессора С .Я. Соколова, 9-11.05.97 г.Санкт-Петербург; Международной научно-технической конференции «Современные проблемы и пути развития металлургии» 16-19.09.1997 г., г.Новокузнецк; 1-ом Международном семинаре «Актуальные проблемы прочности» 15-18.11.97г., г.Новгород; Международном конгрессе прокатчиков 27-30.10.97 г., г.Череповец; Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия на пороге XXI века. 9-12.10.2000 г., г.Новокузнецк.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 25 публикациях, в том числе 8 статьях, 1 авторском свидетельстве и 2 патентах на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 142 листах, содержит 24 рисунка, 18 таблиц. Список используемой литературы состоит из 116 наименований.

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Лоскутов, Дмитрий Рудольфович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для оценки напряженно-деформированного состояния в очаге деформации и значений силовых параметров процесса прокатки (крутящий момент и усилие, действующее на валок) поставлена и решена задача плоской деформации для уравнений равновесия с использованием несимметричного тензора напряжений.

2. Для изучения влияния длительности паузы т и степени деформации е стали создана испытательная машина и выполнено моделирование процесса прокатки методом горячего кручения. Анализ полученных зависимостей характеристик пластичности и прочности от е и т показал возможность увеличения величины обжатий за пропуск и сокращения длительности пауз без повышения ресурса пластичности и заметного повышения сопротивления деформации.

3. Рассчитаны оптимальные режимы обжатий с учетом пластических и прочностных свойств прокатываемых металлов, условий захвата, мощности электропривода и прочности элементов клети. Усовершенствование и внедрение конструкции узла станины чистовой клети, позволяет увеличивать обжатия, рационально их перераспределять и получить листы с меньшей разнотолщинностью.

4. Выявлен характер влияния факторов прокатного производства: схем прокатки, степени обжатия в последнем пропуске, температуры нагрева заготовки и температур конца прокатки, способов охлаждения листов после прокатки на физико-механические свойства листового проката в состоянии поставки при различных температурах испытаний и после механического старения.

5. Разработаны научные и технологические основы трех новых способов прокатки листового металла и сляб, улучшающих качество, снижающих расход металла и интенсифицирующих процесс прокатки. Разработаны новые способы прокатки листовой стали в клети трио Лаута с волнами переменного сечения, обеспечивающие компенсацию выработки валков за счет их осевого смещения, сохранение устойчивости полосы при прокатке, и увеличение степени обжатия.

131

----—-■ —-ТТ^Т-И—-T—^r-tZ? „■.•.■ .--.-. . . — т . • ., .-.—-j,^—- . - --------——. .

6. Разработана методика неразрушающего контроля механических свойств листового проката. Установлены корреляционные соотношения между скоростью распространения ультразвука, ударной вязкостью и характеристиками пластичности сталей в состоянии поставки и после термообработки. Структурными исследованиями выявлены причины наблюдаемой корреляции.