Введение к работе
Актуальность работы
Повышение эффективности работы металлургического предприятия напрямую зависит от качества производимой им продукции и оптимизации технологического процесса. Производство листового проката непосредственно связано с процессами горячей прокатки на непрерывных широкополосных станах (НШС). Получение однородных структур, обеспечивающих оптимальные значения прочностных характеристик при достаточном уровне пластичности и вязкости, закладываемых в процессе горячей прокатки, является одной из основных целей при производстве готовой металлопродукции.
Технологический режим горячей прокатки сталей на НШС обеспечивается, прежде всего, начальной настройкой клетей стана, предполагающей выбор оптимальных деформационно-скоростных параметров прокатки. Система начальной настройки производит автоматизированный расчет режимов деформации, учитывает внешние возмущения на каждой полосе и корректирует по ним параметры настройки. Точность начальной настройки в значительной мере зависит от правильности расчета сопротивления деформации прокатываемого металла, величина которой определяется не только параметрами деформации (величиной, скоростью и температурой деформации), но зависит также от химического состава стали (в том числе от колебаний содержания элементов в пределах марки), процессов структурообразования проката во время деформации и пауз между обжатиями. В зависимости от химического состава стали и параметров прокатки полосы возможны следующие варианты развития процессов рекристаллизации проката, приводящие к разупрочнению или упрочнению металла:
- разупрочнение за счет динамической рекристаллизации в ходе деформации в клетях стана;
- разупрочнение во время междеформационных пауз за счет метадинамической или статической рекристаллизации;
- упрочнение за счет суммирования наклепа в соседних клетях при отсутствии или частичном развитии процессов рекристаллизации во время междеформационных пауз.
Учет этих процессов позволяет существенно повысить точность расчета величины сопротивления деформации при перестройках режимов горячей прокатки на непрерывном широкополосном стане, связанных с изменением размера проката, марки стали и колебаниях химического состава и тем самым снизить выход несоответствующей требованиям потребителей металлопродукции.
Цель работы заключается в совершенствовании управления процессами структурообразования при горячей деформации углеродистых и низколегированных сталей и создании математического описания сопротивления деформации проката в клетях непрерывного широкополосного стана горячей прокатки с учетом химического состава и параметров обработки металла.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
- разработать метод расчета критической деформации для начала динамической рекристаллизации при горячей прокатке углеродистых и низколегированных сталей;
- разработать математическое описание кинетики динамической рекристаллизации на основе информации о кинетике статической рекристаллизации;
- разработать математическое описание метадинамической рекристаллизации с учетом условий развития динамической рекристаллизации аустенита углеродистых и низколегированных сталей;
- изучить закономерности влияния температурно-скоростных режимов деформирования углеродистых и низколегированных сталей в клетях НШС на условия развития динамической и метадинамической рекристаллизации;
- разработать комплексный анализ прогноза сопротивления деформации проката в клетях НШС;
- осуществить прогноз параметров структурообразования углеродистых и низколегированных сталей при горячей прокатке на НШС 2000 с использованием комплексного анализа сопротивления деформации и фактических статистических данных.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту
1. Предложен новый подход к математическому описанию прогноза динамической рекристаллизации при горячей деформации углеродистых и низколегированных сталей на основе информации о кинетике статической рекристаллизации для этих сталей.
2. Разработано математическое описание процессов метадинамической рекристаллизации, позволяющее прогнозировать кинетику и структурообразование при метадинамической рекристаллизации в зависимости от условий развития динамической рекристаллизации аустенита углеродистых и низколегированных сталей.
3. Установлены закономерности влияния температурно-скоростных режимов деформирования в клетях НШС углеродистых и низколегированных сталей на условия развития динамической и метадинамической рекристаллизации.
4. Разработан комплексный математический прогноз сопротивления деформации проката в клетях непрерывного стана, учитывающий влияние процессов динамической, метадинамической и статической рекристаллизации на разупрочнение горячедеформированного металла.
Практическая значимость работы
Разработан и программно реализован комплекс математических описаний параметров горячей прокатки на НШС 2000, позволяющий выполнять расчет кинетики динамической, метадинамической и статической рекристаллизации, а также сопротивление деформации металла при многократной горячей деформации углеродистых и низколегированных сталей в зависимости от параметров деформации и химического состава сталей.
Разработанные модели и программные средства для их реализации позволяют по химическому составу стали и деформационно-скоростным режимам прокатки в клетях стана прогнозировать процесс структурообразования стали и величину её сопротивления деформации, что дает возможность повысить точность начальной настройки клетей стана 2000 ОАО «НЛМК» за счет использования оптимальных энергосиловых параметров при прокатке. Учет этих процессов позволит снизить выход несоответствующей продукции, связанной с перестройкой НШС 2000 на новый типоразмер и марку стали до 10%.
Достоверность результатов исследований, основных положений и выводов определяется корректностью постановки задач, основана на применении современных теорий в области металловедения, термообработки, а также прокатки. Обоснованность применяемых математических методов и результатов компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными промышленными данными.
Соответствие диссертации паспорту специальности научных работников
Диссертация соответствует пунктам 2, 3, 6, 8 паспорта специальности 05.16.01 Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Научная конференция студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета» (Липецк, 2004 г.); региональная научно-практическая конференция «Молодые ученые – науке и производству» (Старый Оскол, 2007 г.); международная научно-техническая конференция «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2008 г.); Международная научно-техническая конференция «Теория и практика производства проката» (Липецк, 2008 г.); материалы международной молодежной научной конференции «XVII Туполевские чтения» (Казань, 2009 г.), материалы международной научно-технической конференции с международным участием «Материалы и упрочняющие технологии» (Курск, 2012 г.).
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе четыре – в рецензируемых научных журналах и изданиях.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Общий объем работы составляет 122 страницы машинописного текста, включая 59 рисунков и
19 таблиц. Список литературы содержит 89 наименований.
