Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Сычёв Олег Николаевич

Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств
<
Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сычёв Олег Николаевич. Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.05 / Сычёв Олег Николаевич; [Место защиты: Магнитог. гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова].- Магнитогорск, 2009.- 161 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1851

Содержание к диссертации

Введение

1 Анализ производства подката для получения труб большого диаметра и тенденции развития технологий производства штрипсов 8

1.1. Комплекс регламентируемых потребительских свойств подката для труб большого диаметра 8

1.2. Перспективные стали для производства труб большого диаметра. Рациональная химическая композиция сталей 9

1.3. Тенденции развития процесса получения высокопрочной микролегированной горячекатаной стали 15

1.4. Контролируемая прокатка как процесс термомеханической обработки микролегированных сталей 20

1.5. Особенности реализации контролируемой прокатки при производстве подката для труб на широкополосных станах 25

1.6. Математические методы, применяемые при разработке технологии контролируемой прокатки. Необходимость их развития 30

1.6.1. О применении феноменологических методов 30

1.6.2. Статистические методы 33

1.6.3. Нейросетевые методы - развитие статистических исследований 34

1.7. Постановка задач диссертации 37

2 Формирование неиросетевых моделей для прогно зирования потребительских свойств металло продукции и проектирования основных технологических параметров горячей прокатки 40

2.1. Сбор и первичная обработка информации о технологическом процессе на стане 2000 40

2.2. Анализ известных типов нейронных сетей. Выбор архитектуры 44

2.3. Анализ информации о механических свойствах металлопродукции и технологических параметрах горячей прокатки в условиях широкополосного стана 2000 48

2.4. Построение варианта нейросетевой модели прогноза потребительских свойств металлопродукции. Прямая задача моделирования 50

2.4.1. Структура нейронной сети 50

2.4.2. Обучение нейронной сети 51

2.4.3. Тестирование нейронной сети 53

2.5. Построение варианта нейросетевой модели проектирования основных технологических параметров процесса горячей прокатки.

2.5.1. Структура нейронной сети 55

2.5.2. Обучение нейронной сети 56

2.5.3. Тестирование нейронной сети 57

Выводы 59

3. Моделирование технологий получения проката с заданными механическими свойствами 60

3.1. Процессы структурообразования в низколегированных сталях при контролируемой прокатке 60

3.2. Исследование влияния химической композиции стали и технологических параметров на механические свойства подката для труб в условиях ШСГП 2000 63

3.3. Исследование чувствительности механических свойств к изменению содержания химических элементов 77

3.4. Способ аналитической аппроксимации результатов нейросетевого моделирования прямой задачи 34

3.5. Нейросетевое моделирование технологий получения проката с заданными механическими свойствами 90

3.5.1. Требования потребителей к механическим свойствам 91

3.5.2. Моделирование технологий получения проката и выбор предпочтительных вариантов 92

Выводы 96

4. Проверка результатов моделирования, их коррекция и внедрение на широкополосном стане горячей прокат ки 2000 98

4.1. Анализ напряжённо-деформированного состояния раската в черновой группе стана 2000 98

4.1.1. Учёт возможности трещинообразования 98

4.1.2. Оценка реализуемости разработанных режимов по энергосиловым параметрам 105

4.2. Применение инженерных методов расчёта технологических параметров процесса контролируемой прокатки трубных сталей 107

4.2.1. Выбор методики расчёта 107

4.2.2. Результаты расчётов 112

4.3. Опробование и корректировка предлагаемых технологических режимов контролируемой прокатки 118

Выводы 119

Заключение 120

Список источников литературы 122

Приложение 134

Введение к работе

Задачи освоения нового поколения сталей для труб магистральных газонефтепроводов неразрывно связаны с перспективными планами развития топливно-энергетического комплекса России. Расширение добычи, внутреннего потребления и экспорта нефти и газа предполагает дальнейшее развитие сети магистральных трубопроводов. Предусматривается реконструкция действующих и строительство транзитных систем на территории России, Белоруссии, Украины, Литвы, Польши, Румынии, Болгарии, Турции, Китая, Кореи и других стран.

На сегодняшний день в нашей стране уже открыто 196 крупнейших месторождений, среди которых 20% составляют уникальные и 80% крупные и гигантские месторождения (приложение А) [1]. В соответствии с программой комплексного изучения и освоения запасов и ресурсов нефти и газа Северо-запада России, включая Арктический шельф, предполагается обеспечить к 2020 году на акваториях Баренцева и Печорского морей ежегодную добычу нефти в объёме 25 - 30 млн. тонн, газа в объёме 100 - 130 млрд. кубометров [2]. В рамках той же программы планируется организовать Печорский и Штокмановско-Мурманский нефтегазодобывающие центры, создать наземную и морскую инфраструктуры для обеспечения добычи, транспортировки и переработки углеводородов в Северо-западном регионе России.

Подготавливается совместный с Южной Кореей и Китаем проект освоения Ковыктинского газоконденсатного месторождения в Иркутской области [3]. Объем поставок газа в КНР и Корею определен на уровне 20 и 10 млрд. кубометров в год соответственно. По прогнозам экспертов, доля газовой составляющей в структуре потребляемых энергоносителей в Китае увеличится к 2010 году как минимум в 4 раза. Потенциал рынка сбыта велик — на сегодняшний день в некоторых провинциях Китая газ в структуре энергопотребления занимает всего 2%.

Украина

6 Уже работает проект «Голубой ток» газопровода Изобильное - Чёрное море - Анкара (см. рисунок) протяжённостью 1213 км, в том числе глубоководный

черное

участок на глубине 2150 м длиной 396 км море #v_

Анкара Турция

без промежуточных компрессорных станций. Рабочее давление газа 25 МПа, диаметр труб 610 мм, толщина стенки кото-Газопровод «Голубой поток» рых 31,8 мм [4]. Полный ввод в строй

ожидается в 2010 году, мощность трубопровода будет тогда около 16 млрд. кубометров газа в год. В перспективе этот газопровод может быть продолжен до Израиля, юга Италии, Греции и ряда других европейских стран [5], что потребует изготовление труб приведённого сортамента.

Начато проектирование газотранспортной системы «Сахалин-Хабаровск-Владивосток», которая должна обеспечить подачу необходимых объёмов газа во Владивосток уже в третьем квартале 2011 года. Таким образом, закладывается основа для формирования Единой системы газоснабжения на Востоке России [6].

Общая протяжённость магистральных трубопроводов России составляет более 200 тыс. км, при этом 70% из них эксплуатируется более 20 лет и имеет значительный износ [7]. Для реализации ремонтных работ потребуется большое количество труб широкого марочного и размерного сортамента. Причём наибольшее количество заказов будет на трубы диаметром 1020 - 1420 мм высших категорий прочности, хладостоикости, коррозионной устойчивости, так как участки подземных газопроводов (в частности в Западной Сибири) находятся в обводнённых и заболоченных местностях, где грунт характеризуется низкой защемляющей способностью. Вследствие этого в процессе эксплуатации магистральных трубопроводов нередко происходит значительная их деформация, а в металле труб возникают значительные внутренние напряжения. Кроме того, на отдельных участках трасс грунт является коррозионно-агрессивным в отно-

7 шении металла труб, что способствует развитию их коррозионного растрескивания под напряжением.

Неблагоприятных факторов масса, поэтому к материалу для нефте- и газопроводных труб предъявляют повышенные требования по прочности, вязкости, коррозионной стойкости и свариваемости. При этом необходимо снижать затраты на производство. Противоречивость же таких требований приводит к необходимости разработки новых высокопрочных свариваемых экономнолегиро-ванных сталей и совершенствования технологических процессов уже выпускаемых.

Перспективные стали для производства труб большого диаметра. Рациональная химическая композиция сталей

С целью повышения эффективности разработки газовых месторождений требуется переход на транспортировку природного газа под давлением 9,8 - 11,7 МПа, тогда как большая часть действующих магистральных газопроводов рассчитана на рабочее давление до 7,4 МПа [10]. Если использовать для строительства новых высокоэффективных газопроводов традиционные стали категорий прочности Х65 - Х70 (К56 - К60), пришлось бы значительно увеличить толщину стенки труб (рис. 1.1). Поэтому в настоящее время актуальной становится задача создания труб категории прочности Х80 и выше (табл. 1.1), применение которых позволит существенно уменьшить металлоемкость, стоимость сооружения и эксплуатации газопроводов.

Ключевыми факторами, позволяющими решить эту задачу, являются [12]: о высокий уровень развития технологии плавки стали (десульфурация, де-фосфорация, гомогенизация, вакуумирование, непрерывная разливка с защитой струи); о выверенная концепция легирования; о технология термомеханической обработки (ТМО) и контролируемой прокатки (КП) с последующим ускоренным охлаждением (КГГУО).

По большому счету, между КП и ТМО нет чёткой границы. Некоторые авторы считают, что между КП и ТМО имеются различия лишь в конечной цели. В то время как цель КП - получение свойств, которые возможно больше соответствовали свойствам после нормализации, ТМО приводит к повышению этих свойств, которые скорее сравнимы со свойствами термически улучшенного металла [13].

Изложенные способы усовершенствования были использованы при разработке новых сталей как в России, так и за её пределами. Сегодня наряду с высокопрочными сталями категории прочности Х80 - XI00 можно выделить четыре группы так называемых традиционных сталей. C-Mn-V-Nb-(Ti)-cmaniL Стали с низким содержанием углерода, серы, производимые методом контролируемой прокатки (КП) или контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением (КПУО) и имеющие хорошую свариваемость. Представители: 08Г2ФБТ, 09Г2ФБ, 09Г2БТ, 08Г2Т-У, 10Г2Т, 10Г2ФБ, 10Г2ФБЮ. Поставляются для получения хладостойких газопроводных труб на давление 7,4 — 8,2 МПа. В табл. 1.2 приведён химический состав таких сталей по ТУ 14-1-2729, ТУ 14-1-3978, ТУ 14-1-4034, ТУ 14-1-4231 и ТУ 14-1-4349. C-Mn-Si-стали. Стали невысокой стоимости. Поставляются в горячекатаном или нормализованном состоянии для труб на рабочее давление 5,4 МПа, температура эксплуатации которых не ниже -5С. Представители: 17ГС, 17Г1С, 17Г1С-У. В табл. 1.3 приведён химический состав таких сталей по ТУ 14-1-1921 и ТУ 14-1-1950. C-Mn-Si-стали экономнолегированные. Стали с пониженным содержанием углерода и микролегированные титаном, производимые методом контролируемой прокатки. Представители: 13ГС, 13ГС-У, 13Г1С-У, 13Г1СБ-У. Эти стали разработаны в ЦНИИчермет путём модификации сталей предыдущего класса. При этом было снижено содержание углерода и серы, а в сталь 13Г1СБ-У введена микродобавка ниобия. В табл. 1.4 приведён химический состав таких сталей по ТУ 14-1-3696 и ТУ 14-1-5346.

Стали, применяемые для изготовления фитингов. Листы из таких сталей поставляются толщиной 8 - 60 мм классов прочности К52 - К54 в нормализованном состоянии. Применяются для изготовления соединительных деталей магистральных газопроводов на давление 5,4; 7,5; 8,4; 10 МПа. Представители: 12ГБ, 10Г2СФБ, 15Г2СФБ, 12ГМФБ. В табл. 1.5 приведён химический состав таких сталей по ТУ 14-1-5345.

Для толстостенных труб (толщиной стенки 30-32 мм) разработана сталь категории прочности Х65 (К56) типа 09ГБ. Для труб, транспортирующих серо-водородосодержащий газ - стали 07ГБ и 07ГФБ-У. Работы по сталям категории прочности Х80 - XI20 продолжаются [14-18].

Класс предела текучести Х80. Интерес к маркам стали Х80 увеличивается, и всё чаще эта марка используется для сооружения трубопроводов в прибрежных зонах. Толстый лист из этой стали также применяют для изготовления подъемных и направляющих труб добывающих платформ [19], которые должны удовлетворять очень жестким требованиям по свойствам в продольном направлении.

Класс предела текучести Х100. Далеки от завершения разработки по применению сталей XI00 в газотрубопроводах большого диаметра. Проведены многочисленные эксперименты по составу легирующих элементов и режимам ТМО, причем концепция с Мо и Ni считается в настоящее время наилучшей [16]. В проекте ТАР (Trasporto gas Alta Pressione) сооружен пилотный участок трубопровода из труб XI00, поставленных компанией Dillinger Huttenwerke [20].

Ведутся также разработки по использованию сталей XI00 для изготовления подъемных и направляющих труб добывающих платформ. Выпущена первая партия труб для применения в данной области [19]. Класс предела текучести Х120. Предпринимаются попытки вместо стали марки Х100 использовать стать Х120 непосредственно для трубопроводов большого диаметра [21 - 26]. В случае сооружения газопроводов высокого давления ожидаются значительные финансовые преимущества, т.к. сталь XI20 -это самая прочная разрабатываемая в настоящее время марка. Ниже приведены уже сформулированные [22], но еще не стандартизированные требования: Предел текучести, МПа (min) 827 Временное сопротивление при растяжении, МПа (min) 931 Ударная вязкость (-30С), Дж (min) 231 CTOD (-20С), мм (min). 0,14 DWTT (-20С), % (min) 75 Отношение предела текучести к временному сопротивлению (max) 0,93 Данная сталь содержит около 0,05% углерода и требует применения сложной концепции легирования, введения в качестве добавки бора и строго выверенного процесса ТМО и охлаждения. Структура высокопрочной стали XI20 является бейнитной. Использование методов автоэмиссионной и растровой электронной микроскопии позволило более детально изучить и классифицировать очень мелкие компоненты структуры. При этом выявлены такие компоненты, которые еще не были внесены в существующую систему классификации [27]. Разработка сталей для толстого листа, получаемого методом ТМО, идет очень активно. Основной целью является постоянное удовлетворение всё возрастающих требований к свойствам стали. Разработка сталей ведется в таких классах пределов текучести и прочности, которые еще несколько лет назад казались недостижимыми.

Анализ информации о механических свойствах металлопродукции и технологических параметрах горячей прокатки в условиях широкополосного стана 2000

Источником информация о химическом составе стали, показателях механических свойств и технологических режимах производства выступила база данных испытательной лаборатории ОАО «ММК».

При создании информационного массива для нейросетевого исследования в выборку отбирались результаты разрушающих испытаний трубных сталей 09Г2С, 09ГСФ, 13ХФА, 17Г1С-У, Х42, Х42(М), Х52, Х52(М), Х60, Х65, Х70, 05Г1Б, 10Г2ФБ, 12Г2СБ, 15ХСНД, 22ГЮ, 06ГФБАА, прокатанных на стане 2000 горячей прокатки. Процесс создания выборки сопровождался следующими установками: о партии, имеющие нарушения по технологии производства, отбору проб, исключались из массива выборки; о выборка должна охватывать весь возможный диапазон изменений технологических факторов.

Для оценки достоверности полученной выборки вычисляли ряд статистических характеристик: о математическое ожидание; о стандартное отклонение; о асимметрию и эксцесс; о стандартные ошибки асимметрии и эксцесса; о коэффициент вариации. Результаты расчёта статистических характеристик выборки по стали 09Г2С представлены в табл. 2.1, по другим маркам сталей - в приложении В.

Для количественной оценки степени отклонения данных от нормального распределения определяли отношение показателей асимметрии и эксцесса к их ошибкам. Если А/та и Е/те меньше 3, то анализируемая информация подчиняется закону нормального распределения [110].

Проверку выборки на однородность производили при помощи коэффициента вариации. Чем больше коэффициент вариации, тем относительно больший разброс и меньшая выравненность изучаемых объектов. Изменчивость вариационного ряда принято считать незначительной, если вариация не превышает 10%, средней, если составляет 10-12%, значительной, если она больше 20%, но не превышает 33%. Если, вариация выше 33%, то это говорит о неоднородности выборки [111].

Заметим, что углерод, марганец, хром, ниобий и олово не подчиняются закону нормального распределения. Разброс же ниобия, ванадия, титана и олова превышает границы значительной неоднородности. Однако, учитывая устойчивость нейронных сетей к явлениям подобного рода, принято решение о разработке нейросетевых моделей для прогнозирования потребительских свойств металлопродукции и проектирования основных технологических параметров горячей прокатки.

Приступая к разработке нейросетевого решения, необходимо выбрать предпочтительную архитектуру нейронной сети. Так как области применения наиболее известных парадигм пересекаются, то для решения конкретной задачи можно использовать различные типы нейронных сетей и при этом результаты могут оказаться одинаковыми. Поэтому для выбора лучшей сети приходится проводить многочисленные детальные исследования. Прежде всего, необходимо определиться с выбором входных и выходных параметров, так как их количество существенно влияет на выбор типа нейронной сети [102, 112]. Входными параметрами служили: процентное содержание химических элементов в стали; толщина полосы на выходе, hK; толщина промежуточного раската, hp; температура конца черновой прокатки, t6; температура конца чистовой прокатки, tKn; температура смотки, tCM.

Выходными параметрами были показатели следующих механических свойств: предел текучести, ат; о временное сопротивление разрыву, ов; о относительное удлинение, 55; показатели вязкости, KCV"5, KCV"20, KCV"60, KCU"60. В результате исследований были выбраны сети с минимальными значениями ошибок. Сети, построенные на основе многослойного персептрона (MLP), показали наилучшие результаты прогноза показателей рассматриваемых механических свойств (рис. 2.3).

Представленная нейронная сеть также построена на основе многослойного персептрона. Она состоит из четырёх слоев. Входной слой образован 21 нейроном, первый скрытый слой - 9 нейронами, второй - 7 и выходной слой образован 1 нейроном. Подобная сеть получена для каждого показателя механических свойств.

Обучение - ещё одно слово из терминологии интеллектуальных систем, являющееся свойством объектов скорее живой природы. Обучение нейронной сети очень похоже на обучение живого организма.

Исследование влияния химической композиции стали и технологических параметров на механические свойства подката для труб в условиях ШСГП 2000

С помощью построенных в работе вариантов нейросетевых моделей рассмотрели влияние химической композиции стали и параметров технологического процесса на механические свойства проката класса прочности В по классификацииАРІ 5L. Для, этого один из рассматриваемых параметров изменяли с определенным шагом, оставляя другие параметры неизменными.

Влияние содержания углерода. Исследовали влияние содержания углерода на изменение показателей временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения. Содержание углерода варьировали в интервале от 0,12 до 0,16% (табл. 3.1).

Увеличение содержания углерода в стали вызывает её упрочнение (рис. 3.2) в связи с повышением объёмной доли перлита. Такое повышение сопровождается уменьшением отношения оУав, то есть происходит более быстрый рост временного сопротивления по

Графически это отображается в разнице углов наклона прямых к горизонтали: чем больше угол, тем быстрее изменяется свойство.

Увеличение содержания углерода, самый дешёвый способ упрочнения. Он целесообразен в сталях, используемых для изготовления конструкций без сварки, т.к. в результате повышения содержания углерода снижается свариваемость, а также пластические и вязкие свойства [122]. Влияние содержания кремния. Исследовали влияние содержания кремния на изменение показателей временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения. Содержание кремния варьировали в интервале от 0,05 до 0,17% (табл. 3.2). Влияние содержания марганца. Исследовали влияние содержания марганца на изменение показателей временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения. Содержание марганца варьировали в интервале от 0,35 до 0,65% (табл. 3.3). Влияние содержания марганца в стали схоже с влиянием углерода. Добавление в сталь марганца приводит к её упрочнению (рис. 3.4), что сопровождается уменьшением отношения От/ зв. Влияние марганца в исследуемых пределах на относительное удлинение незначительно.

Марганец наряду с кремнием является неотъемлемым легирующим элементом в сталях для труб большого диаметра [122].

Влияние содержания серы. Исследовали влияние содержания серы на изменение показателей временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения. Содержание серы варьировали в интервале от 0,002 до 0,015% (табл. 3.4).

Сера является постоянной, хотя и нежелательной примесью в низколегированных сталях. Содержание серы ограничивается 0,025%. Она уменьшает сопротивление стали динамическим нагрузкам при низких температурах. Сера образует сульфиды марганца, которые в процессе горячей прокатки расплющиваются и вытягиваются в продолговатые включения. При низких температурах вследствие своей хрупкости эти включения существенно снижают ударную вязкость поперек направления прокатки. В результате анизотропия вязких свойств в готовом прокате может быть значительной. Вязкие свойства листов в поперечном направлении могут быть в 1,5-2 раза ниже, чем в продольном направлении. Повышению вязких свойств и уменьшению анизотропии способствуют добавки циркония, церия и других редкоземельных элементов, которые, растворяясь в сульфидах, понижают их пластичность при горячей деформации. Это способствует сохранению сульфидами формы, близкой к глобулярной [123, 124].

Применение инженерных методов расчёта технологических параметров процесса контролируемой прокатки трубных сталей

Большой объём производства магистральных газонефтепроводных труб вызывает необходимость при разработке состава сталей для этого назначения ориентироваться на дешёвые и недефицитные легирующие элементы [124]. Технология же изготовления металла для таких труб должна быть относительно простой и экономичной (табл. 3.28).

Таким образом, для обеспечения конкурентоспособности трубного проката его необходимо производить методом термомеханической обработки с ускоренным охлаждением, что в.отечественной литературе чаще называют контролируемой прокаткой в сочетании с ускоренным охлаждением (КПУО).

Прокатный передел на широкополосном стане горячей прокатки (ШСГП) начинается с нагрева слябов, который производится до температур около 1180-1220Є для обеспечения лучшего растворения, микролегирующих элементов в стали. При этом появляется- возможность избежать подстуживания раската перед чистовой стадией контролируемой прокатки и повысить- производительность стана:

Для успешного проведения черновой стадии прокатки необходимо обеспечить высокие единичные обжатия (є = 15 - 20 %, не менее 5 проходов) во всех последовательных клетях черновой группы для обеспечения полной-рекристал-лизации металла [125].

Особенностью проведения чистовой стадии прокатки на ШСГП является ограниченное число обжатий в последовательных клетях, что при прокатке высокопрочных сталей может вызывать перегрузку клетей по энергосиловым параметрам. Целью чистовой стадии контролируемой прокатки является получение деформированных зерен аустенита, а также полос деформации в зернах, что повышает удельную эффективную поверхность аустенита и позволяет получить большее число мест зарождения зерен феррита, следовательно, существенно измельчить зерно феррита [125].

Решающее влияние на механические свойства сталей при контролируемой прокатке оказывают ее температурно-деформационные условия на стадии чистовой прокатки: температура начала и конца прокатки, суммарная деформация и распределение ее по проходам. Понижение температуры окончания прокатки до температуры Аг3 приводит к измельчению зерна феррита в структуре, в связи с чем, прочность, вязкость и сопротивление хрупкому разрушению проката значительно повышаются. Большое значение для получения высокого комплекса механических свойств имеет обеспечение достаточной величины суммарного обжатия в заключительной фазе прокатки. Увеличение степени обжатия влияет аналогично снижению температуры конца прокатки, способствуя повышению прочности и снижению критической температуры хрупкости. Например, в работе [125] показано, что увеличение суммарной степени деформации при температуре ниже 900С с 10 до 70% в малоперлитной стали с титаном позволило снизить критическую температуру хрупкости с 0 до -50С. Измельчение зерна феррита и соответственно улучшение комплекса механических свойств за счет деформации в нижней части аустенитной области достигает предельной величины при обжатии 70-75% [125]. Как отмечалось выше, наиболее эффективным способом измельчения зерна при приемлемой стоимости является процесс, который объединяет контролируемую прокатку и ускоренное охлаждение. Свойства, полученные в результате применения этого процесса, не могут быть достигнуты путем применения только термической обработки.

С помощью построенных в работе вариантов нейросетевых моделей и на основе известных рекомендаций были найдены технологические схемы процесса горячей прокатки, обеспечивающие получение продукции с заданными механическими свойствами: проката класса прочности В и J55 (табл. 3.29).

Получен комплекс количественных результатов, представленный в виде графических зависимостей, которые отражают влияние содержания С, Si, Мп, S, Р, Cr, Ni, Си, N, Al, Ті в стали и технологических параметров процесса деформации на показатели механических свойств проката. Так С, Si, Мп, S, Cr, Ni, N, Al, Ті повышают значение предела текучести в общем диапазоне до 12%; С, Si, Мп, Cr, Ni, N, Ті повышают предел прочности в диапазоне до 4,8%; Мп, Р, Си повышают относительное удлинение в диапазоне до 14,3%.

Также, ат возрастает при увеличении толщины раската на промежуточном рольганге, увеличении конца черновой прокатки, смотки и уменьшении температуры конца чистовой прокатки в общем диапазоне до 21,5%; о"в возрастает при увеличении толщины раската, температуры конца черновой, чистовой прокатки и смотки в диапазоне до 6,8%. Увеличение температур конца черновой, чистовой прокатки и уменьшение температуры смотки, а также толщины раската на промежуточном рольганге увеличивает значение 85 в диапазоне до 12,4%.

Найденные зависимости преобразованы в графики для коэффициентов влияния. Они позволяют сравнивать чувствительность механических свойств к изменению содержания рассматриваемых химических элементов в стали. Так по степени возрастания влияния на предел текучести химические элементы располагаются в следующем порядке: С г, Мп, Si, Си, Ni, Р, С, Al, S, Ті, N; на предел прочности: Ni, Si, Мп, Cr, Си, Al, С, Ті, S, Р, N; на относительное удлинение: Ni, Мп, Cr, Si, Al, Си, С, N, Р, Ті, S. Осуществлена аппроксимация результатов неиросетевого моделирования прямой задачи аналитическими выражениями, при этом относительная ошибка расчётных величин не превышает 2%. Полученные уравнения позволяют отыскивать неизвестные значения ат, ств, 85 для сталей

Похожие диссертации на Моделирование и разработка эффективной технологии контролируемой прокатки трубных сталей с заданным комплексом механических свойств