Разработка температурно-скоростных условий деформации сплава цинк-титан, обеспечивающих высокое качество плоского проката тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Босхамджиев, Николай Шорваевич

• Босхамджиев, Николай Шорваевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Босхамджиев, Николай Шорваевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Литературный обзор.

1.2. Анализ качества рулонных полос.

1.3. Задачи исследования.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ПОЛОС.

2.1. Методика пластометрического исследования реологических свойств

I я». • • -Я* V j ( цинкового сплава «цинк-титан».

2.2. Методика моделирования условий формирования структуры и свойств полосы при рулонной прокатке.

2.3. Методика определения коэффициента контактного трения при прокатке полос.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО

I МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ ПРОКАТА.

3.1. Сопротивление деформации цинкового сплава «цинк-титан» в условиях прокатки.

3.2. Исследование предельной пластичности цинкового сплава в условиях прокатки.

3.3. Формирование структуры и свойств полос.

3.4. Коэффициент контактного трения при установившемся процессе прокатки.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

4. РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ ПОЛОС.

4.1. Модель сопротивления сплава «цинк-титан» пластической деформации с учетом истории нагружения.

II 4.2. Автоматизированное рабочее место технолога-листопрокатчика. i 4.3. Разработка рациональных режимов нагрева и прокатки с учетом реологических свойств и структуры полос. ч ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4. 5. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА ТЕМПЕРАТУРНО-ДЕФОРМАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ ПОЛОС НА РЕВЕРСИВНОМ СТАНЕ КВАРТО 400.

5.1. Планирование производственного эксперимента и выбор варьируемых параметров.

5.2. Методика и результаты опытно-промышленной прокатки.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка температурно-скоростных условий деформации сплава цинк-титан, обеспечивающих высокое качество плоского проката»

В связи с переходом экономики России на рыночные отношения перед

Ч J . заводами по обработке цветных металлов (ОЦМ) стоит задача 4дальнейшего * повышения эффективности производства, улучшения качества готовых видов продукции, в том числе и плоского проката.

Развитие металлоемких отраслей народного хозяйства постоянно увеличивает спрос на листовой металлопрокат, в том числе с высокими антикоррозионными свойствами. Постоянно возрастающий спрос на кровельные материалы в Западной Европе и России способствовал освоению производства листов и полос из новых цинковых сплавов типа Д-цинк (деформируемый цинк) или «цинк-титан». В состав такого сплава входят титан, медь и алюминий. Сплав «цинк-титан» обладает большей пластичностью по сравнению с чистым цинком, легко прокатывается. Стойкость кровли из такого материала без ремонта составляет 120-140 лет вместо 4-6 лет для оцинкованного листа [1, 2].

При освоении высокопроизводительных непрерывных и реверсивных листопрокатных станов существенное значение приобретает вопрос эффективной их эксплуатации. Дальнейшее повышение показателей эксплуатации станов, включая качество продукции, возможно за счет внедрения малоотходной энергосберегающей технологии и использования резервов прокатываемого материала по механическим свойствам.

Актуальность работы. Постепенное расширение потребления листов из цинковых сплавов с высокой коррозионной стойкостью предъявляет все более высокие требования к их качеству. Решающее влияние на качество прокатываемых полос оказывают температурно-деформационные и скоростные условия прокатки.

Несмотря на внедренность в производство технологии бесслитковой прокатки полос из сплава «цинк-титан», возможности повышения качества продукции использованы далеко не полно. Практически не исследованы зависимость пластичности сплава от основных технологических параметров, закономерности формирования структуры и механических свойств при прокатке на стане. Необходимо математическое представление реологических характеристик сплава и определение контактного трения для компьютерного проектирования режимов прокатки.

Научная новизна. 1. Получена количественная зависимость сопротивления деформации сплава «цинк-титан» от истинной деформации, температуры и скорости деформации.

2. Установлено наличие двух благоприятных областей деформируемости сплава при температурах 20-120°С и 300-380°С.

3. Определена зависимость твердости «цинк-титана», как меры процесса упрочнения - разупрочнения, от степени деформации, температуры и времени выдержки после деформирования.

4. Получена количественная зависимость сопротивления деформации от истинной деформации, температуры и скорости деформации для условий дробного деформирования при различных режимах нагружения.

5. Определена зависимость коэффициента контактного трения от температуры полосы из цинк-титанового сплава.

6. Разработаны температурно-деформационные и скоростные режимы прокатки полос, учитывающие пластичность материала, процессы формирования структуры и механических свойств, а также геометрии полос.

Практическая ценность. Результаты экспериментов и расчетов могут быть использованы при совершенствовании режимов прокатки, , разработке конструкций новых станов и систем автоматического регулирования качества прокатываемых полос из цинкового сплава «цинк-титан».

Реализация работы в промышленности. Основные результаты экспериментальных и теоретических исследований внедрены на стане «Кварто 400/1000x1000» ОАО «Московский завод по обработке цветных металлов» в виде температурно-деформационных и скоростных режимов прокатки полос из сплава «цинк-титан» толщиной 0,7 мм. В результате данной работы на ОАО «МЗ ОЦМ» за счет снижения брака и повышения выхода годного получен значительный экономический эффект.

Положения, выносимые на защиту.

1. Определены реологические свойства литого цинкового сплава «цинк-титан».

2. Исследованы основные закономерности формирования структуры и механических свойств цинкового сплава при дробной горячей деформации применительно к условиям реверсивного прокатного стана.

3. Определена зависимость коэффициента контактного трения от температуры полосы при прокатке цинк-титанового сплава.

4. Скорректированы температурно-деформационные и скоростные режимы прокатки полос с учетом реологических свойств и основных закономерностей формирования структуры и механических свойств сплава «цинк-титан».

Апробация результатов диссертации. Основные материалы работы доложены и обсуждены на:

1. Научной конференции «Ресурсосбережение-XXI век», г. Санкт-Петербург, 2000 г.

2. Международной научно-технической конференции «Моделирование и надежность 2000», г. Севастополь, 2000 г.

3. Научной конференции «Теория и практика производства проката», г. Липецк, 2001 г.

4. IV-ом Международном конгрессе прокатчиков, г. Магнитогорск, 2001 г.

5. Научно-техническом совете ОАО «Институт Цветметобработка», г. Москва, 2003 г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 научных статьях.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Босхамджиев, Николай Шорваевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе анализа показателей качества прокатываемых на стане Кварто 400 МЗ ОЦМ полос из сплава «цинк-титан» и результатов экспериментальных исследований установлена область влияния технологических параметров на эти показатели. Отмечен обусловленный условиями деформации значительный разброс механических свойств полос: оь,2 = 108-130 МПа, <jb = 156-193 МПа, 6= 44-74%.

2. Определены реологические свойства сплава «цинк-титан». На торсионном пластометре исследовано влияние температуры, степени и скорости деформации на сопротивление деформации. Получены уравнения для расчета сопротивления деформации сплава при непрерывном и дробном нагружении для режимов прокатки полос на стане «Кварто 400». Определена зависимость предельной пластичности сплава от температуры и скорости деформации. Установлены области температур и скоростей деформации, в которых повышается предельная пластичность сплава при прокатке.

3. Экспериментально определено значение коэффициента контактного трения при прокатке полос из цинк-титанового сплава в зависимости от температуры полосы. Установлено, что при прокатке в стальных валках со скоростью 0,36 м/с с увеличением температуры полосы от 50 до 200°С коэффициент контактного трения возрастает от 0,05 до 0,09.

4. Выполнено с использованием стана «Дуо 300» физическое моделирование процесса дробной горячей прокатки полос из сплава «цинк-титан» на стане «Кварто 400», позволившее проанализировать структуру материала по стадиям обработки и получить количественные связи показателей качества (твердости, относительного удлинения и временного сопротивления разрыву) с технологическими параметрами (обжатиями, температурой, паузами между проходами, количеством проходов).

5. Полученные уравнения для определения сопротивления деформации сплава «цинк-титан» позволили создать математическое обеспечение для автоматизированного рабочего места (АРМ) технолога-листопрокатчика стана

Кварто 400». На АРМ исследованы и спроектированы температурно-деформационные и скоростные режимы реверсивной прокатки полос из сплава «цинк-титан» на стане Кварто 400, обеспечивающие повышение качества проката по различным критериям, с учетом допустимых нагрузок стана.

6. По результатам пластометрических исследований и физического моделирования разработан, опробован и внедрен температурно-деформационный и скоростной режим прокатки полос из цинк-титанового сплава на стане Кварто 400 МЗ ОЦМ, обеспечивающий повышение качества проката по механическим свойствам и выход годного. Средние значения механических свойств повысились на 5-7%, а их разброс уменьшился в 1,4-1,6 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Босхамджиев, Николай Шорваевич, 2003 год

1. Зисельман В.Л., Пиксаев С.Н. Исследование механических свойств и описание технологии производства лент из сплава титан-цинк. - Изв. Вуз. Цветная металлургия, 1999. №3, с. 36-38.

2. Зисельман В.Л., Салищев В.В. Новый кровельный материал. -Металлоснабжение и сбыт, 1999. №2, с. 44-45.

3. Король В.К., Буше Н.А. Изготовление трущихся деталей из цинкового сплава обработкой давлением. М.: ВНИИЖТ, 1959. - 26 с.

4. Вол А.Е. Цинк и его сплавы. Свойства цинка, его пром. применение и стандартизация. Л.; М.: Стандартизация и рационализация, 1933. - 260, 104 е.: ил.

5. A.Burchardt. Zink and seine Legierungen, 1937.

6. Справочник по машиностроительным материалам. Под ред. Г.И. Погодина-Алексеева, 1959, т.И, с. 388-393.

7. Тихонов Б.С. Прокатка цинка. М.: Металлургиздат, 1963. - 200 с.

8. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. — М.: Металлургия, 1978. -360 с.

9. Колесников А.Ф. Новые плоскости скольжения в цинке. Труды Томского пед. института, вып. 1, 1939, с. 133-145.

10. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982. - 584 с.

11. Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978. -538 с.

12. Nordcott L. In. Inst. Metals, 1937, №6, p. 229.

13. Edmunds G. Trans. Amer. Inst. Min. Met., 1941, v. 143, № 187, p. 21-27.

14. Baner O., Zunker F. Metallwirtschaft, 1932. 220 s.

15. Гольденберг А.Н. Сопротивление деформации при горячей прокатке цинка. Металлург, 1940, №1, с. 47-54.

16. The journal of the Institute of Metals Inwarv, 1950, p. 557-580.

17. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Доклады АН СССР, 1953, т.93, №5, с. 873-884.

18. Савицкий Е.М. Влияние температуры на механические свойства металлов и сплавов. М.: Изд. АН СССР, 1957. - 294 с.

19. Дркжова И.Н., Томенко Ю.С. Кинетика изменения величины зерен аустенита малоуглеродистой стали после деформации при высоких температурах. -Металловедение и термическая обработка металлов, 1974, №4, с. 10-17.

20. Жадан В.Т. Влияние деформационно-скоростных параметров прокатки при ВТМО на структуру и свойства стали. Сталь, 1975, №10, с. 904-908.

21. Акимов Г.В. Основы учения о коррозии и защите металлов. — М.: Металлургиздат, 1946.-463 с.

22. Томашев Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. — М.: Изд. АН СССР, 1959.-592 с.

23. Chadwick R. In. Inst. Metals 51, 1933, 102.

24. BurchardtA. Metallwirtschaft, 1938, 17, s. 1083.

25. Trans. Amer. Inst. Min. Met. Eng. 1944, 156, p. 278.

26. Целиков А.И., Гришков А.И. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1970. - 358

27. Зюзин В.И., Бровман М.Я., Мельников А.Ф. Сопротивление деформации сталей при горячей прокатке. М.: Металлургия, 1964. - 270 с.

28. Андреюк J1.B., Тюленев Г.Г., Гурков А.А. Влияние дробности и скорости деформации на пластичность металла. В сб.: Теория и практика металлургии. Челябинск, 1967, вып. 9, с. 89-94.

29. Suzuki Н. Report of Inst. Of Industrial Science the University of Tokyo. - 1968, v. 18, N.3, p. 139-240.

30. Weber K.H. Freiberger Forschungshefte. - 1969, v. 143, s. 253.

31. Полухин ГШ., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. — М.: Металлургия, 1976. 488 с.

32. Микляев П.Г., Дуденков В.М. Сопротивление деформации и пластичность алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979. - 183 с.

33. Poloukhine P., Goune G., Galkine A. Resistance des metaux at alliages a la deformation plastique. Moscow: Mir, 1980. — 546 s.

34. Хензель А., Шпиттель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1982. - 360 с.

35. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

36. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства сталей. Под ред. Бернштейна М.Л. -М.: Металлургия, 1989. 544 с.

37. Galkin A. Badania plastometryczne metali I stopow. Politechnika Czestochowska, 1990.- 142 s.

38. Мочалов H.A., Парфенов Д.Ю., Галкин A.M. Реологические свойства сложнолегированных латуней ЛАМш и ЛМцАЖН в зависимости от температурно-скоростных условий деформации. Цветные металлы, 2000, №3, с. 115-119.

39. Поздеев А.А., Тарновский В.И., Еремеев В.Н. Применение теории ползучести при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1973. — 192 с.

40. Пластичность и разрушение. Под ред. Колмогорова B.JI. М.: Металлургия, 1977.-336 с.

41. Богатов А.А., Мижирицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. - 144 с.

42. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургия, 1962.-494 с.

43. Павлов И.М. Теория прокатки. -М.: Металлургиздат, 1950. 610 с.

44. Кириллов П.Г. Теория обработки металлов давлением. М.: Высшая школа, 1965.-296 с.

45. Тарновский И .Я., Поздеев А. А., Гонаго О. А. и др. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1963. - 672 с.

46. Королев А.А. Новые исследования деформации металла при прокатке. М.: Машгиз, 1953.-268 с.

47. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных станов. М.: Металлургия, 1965. - 515 с.

48. Смирнов B.C. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1967. - 460 с.

49. Чекмарев А.П. Теория прокатки крупных слитков. М.: Металлургия, 1968. — 250 с.

50. Рокотян Е.С., Рокотян С.Е. Энергосиловые параметры обжимных и листовых станов. М.: Металлургия, 1969. - 270 с.

51. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. -М.: Металлургия, 1980. 319 с.

52. Теория прокатки: Справочник / Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин В.И. и др. М.: Металлургия, 1982. - 335 с.

53. Полухин В.П. Математическое моделирование и расчет на ЭВМ листовых прокатных станов. -М.: Металлургия, 1972.

54. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. - 683 с.

55. Бычков Н.П., Передерий Ю.И. Идентификация математической модели процесса реверсивной холодной прокатки. Изв. Вуз. Черная металлургия, 1987, №3, с. 61-64.

56. Шаталов Р.Л., Шиманаев А.Е. Система автоматизированного проектирования технологии прокатки листов из цветных металлов и сплавов. Сб. докладов международного конгресса «Машиностроительные технологии 99». София, Болгария, 1999, т.4, с. 10-11.

57. Кудин М.В., Босхамджиев Н.Ш., Зисельман В.Л., Шаталов Р.Л., Фигуровский Д.К., Алдунин А.В. Производство качественных коррозионно-стойких полос из цинк-титана. Цветные металлы, 2001, №3, с. 71-75.

58. Галкин A.M., Мочалов Н.А., Парфенов Д.Ю. Автоматическая установка для испытаний на кручение при высоких скоростях нагружения. — Заводская лаборатория, 2000, №1, с. 55-57.

59. Железнов Ю.Д., Григорян Г.Г., Алдунин А.В., Максимова О.В. Моделирование дробной горячей деформации на непрерывном стане. — Изв. Вуз. Черная металлургия, 1979, №1, с. 64-67.

60. Шаталов P.JL, Алдунин А.В., Босхамджиев Н.Ш. Разработка режимов горячей деформации полос из цинкового сплава на основе моделирования методами кручения и прокатки. Производство проката, 2002, №3, с. 18-20.

61. Чижиков Ю.М. Теория подобия и моделирования процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1970. - 295 с.

62. Грудев А.П. Внешнее трение при прокатке. М.: Металлургия, 1973. - 288 с.

63. Шаталов Р.Л., Парфенов Д.Ю., Кудин М.В., Босхамджиев Н.Ш., Галкин A.M. Пластометрические исследования реологических свойств цинкового сплава «титан-цинк». Изв. Вуз. Цветная металлургия, 2001, №3, с. 17-21.

64. Шаталов Р.Л., Босхамджиев Н.Ш., Парфенов Д.Ю., Галкин A.M. Пластометрическое моделирование процесса прокатки лент из сплава «титан-цинк». Производство проката, 2001, №7, с. 15-18.

65. Мочалов Н.А., Парфенов Д.Ю., Галкин A.M. Применение уравнений теории ползучести при пластометрическом моделировании поведения сплава МНМц 50-10-5 в условиях горячей деформации. Производство проката, 1999, №4, с. 3-7.

66. Шаталов Р.Л., Передерий С.Ю., Передерий Ю.И. Автоматизированное рабочее место технолога-листопрокатчика//Производство проката. — 2003. — №1. — С. 15-18.

67. Шаталов Р.Л., Алдунин А.В., Босхамджиев Н.Ш. Разработка режимов горячей прокатки полос из сплава титан-цинк // Труды четвертого конгресса прокатчиков. Том 1. М. Черметинформация, 2002. С. 86-89.

68. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. и др. М.: Мир, 1977. - 552 с.1. УТВЕРЖДАЮ»гнерального директора1. Цветметобработка»/ \