Введение к работе
Актуальность работы. Россия обладает крупнейшими в мире запасами газа и занимает первое место по объемам его добычи. В соответствии с программой освоения природных ресурсов арктического шельфа добыча углеводородов к 2015 году должна быть доведена до уровня 50 млрд. кубометров в год, а к 2030 году объемы планируется увеличить до 200 млрд. кубометров.
Растущие масштабы добычи углеводородов способствуют строительству новых трубопроводных магистральных транспортных систем. При этом отмечается явная тенденция ужесточения требований к трубам большого диаметра (ТБД). Это связано как с повышением рабочего давления транспортируемого газа, так и с освоением новых месторождений, в том числе в жестких климатических и сейсмоактивных районах Крайнего Севера.
Очевидна необходимость совершенствования технологии производства трубной заготовки - толстолистового низколегированного проката, обеспечивающего качество и надежность магистральных электросварных ТБД. Современные толстолистовые станы обладают высокой технологической гибкостью и позволяют осуществлять различные стратегии производства трубной заготовки, каждая из которых обеспечивает получение различного комплекса механических свойств готовой продукции.
В связи с этим актуальной становится проблема управления прочностными характеристиками горячекатаного толстолистового проката, обусловленная необходимостью высокой воспроизводимости механических свойств от листа к листу, от партии к партии. Поэтому возможность прогнозирования и расчета прочностных свойств металлопроката как на этапе проектирования режимов, так и постфактум - после получения действительных значений температур и деформаций - крайне необходима.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы является построение рациональной технологии производства трубной заготовки необходимого класса прочности с учетом температур структурно- фазовых превращений металла и использования предпочтительной стратегии контролируемой прокатки (КП).
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- определить фактические температуры аустенит-ферритного и перлитного превращений сложнолегированных трубных сталей с учетом влияния на них температурного градиента по сечению раската и деформационных режимов прокатки;
разработать методику расчета прочностных характеристик трубной заготовки после прокатки и ускоренного охлаждения (КП+УО);
исследовать влияние различных стратегий КП на прочностные характеристики трубной заготовки;
обобщить полученные результаты и представить алгоритм выбора рациональной стратегии КП, обеспечивающей достижение требуемого уровня прочности толстолистового проката.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, обладающие научной новизной.
Определены зависимости фактических температур структурно- фазовых превращений низколегированных трубных сталей от содержания в них основных легирующих элементов с учетом температурного градиента по сечению раската, построенные для условий чистовой стадии толстолистовой контролируемой прокатки.
Разработана методика определения сопротивления металла деформации (СМД), отличающаяся тем, что необходимая для расчета информация поступает непосредственно с действующего оборудования.
Предложен новый подход к определению прочностных характеристик трубной заготовки, учитывающий их изменение в результате технологических операций контролируемой прокатки и ускоренного охлаждения.
Практическая значимость. На основе представленных принципов и методик разработан алгоритм построения рациональной технологии контролируемой прокатки современных низколегированных трубных сталей для электросварных газопроводных труб большого диаметра различных классов прочности.
С использованием выполненных технических и технологических разработок составлено две заявки на изобретения. В основу способа изготовления листа из сложнолегированной конструкционной стали повышенной прочности положено проведение дилатометрических исследований с учетом термодеформационных параметров будущего процесса прокатки (заявка на изобретение РФ № 2011128543 от 08.07.2011, решение о выдаче патента от 25.07.2012).
Полученные в ходе работы формулы для расчета критических точек Ar3 и Ar1 использованы в способе производства толстолистового низколегированного проката (заявка на изобретение РФ № 2011139797 от 29.09.2011).
Реализация работы в промышленности. Разработаны технологические режимы прокатки листов по ТУ 14-1-5574-2009 класса прочности К56 и К60, принятые к использованию на стане 5000 ОАО «ММК» (акт испытаний № ГП-2672 от 26.11.2010, акт внедрения от 6.12.2010 по договору №171653 от 28.04.2009). По результатам опытно- промышленных прокаток внесены изменения (Изменение № 9 от 6.12.2010) в технологическую инструкцию (Г) ТИ-101-П-ГЛ0-2-2009 «Технология производства горячекатаных листов на стане 5000».
С использованием результатов проведенных исследований на стане 5000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») изготовлены промышленные партии (около 2 тыс. тонн) листов толщиной 23,0 мм класса прочности К65 для производства на Челябинском трубопрокатном заводе (ОАО «ЧТПЗ») газопроводных труб диаметром 1420 мм. Полученные трубы аттестованы ООО «ВНИИГАЗ» и рекомендованы для строительства газопровода «Бованенково-Ухта».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на 68-й и 69-й Межрегиональных научно- технических конференциях «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (Магнитогорск, 2010, 2011); IX и X Международных научно-технических конференциях молодых специалистов, инженеров и техников ОАО «ММК» (Магнитогорск, 2010, 2011); 4-й Международном промышленном форуме «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении» (Челябинск, 2011); техническом совете ОАО «ММК» (Магнитогорск, 2011); XIX международной научно-технической конференции ТРУБЫ-2011» (Челябинск, 2011); международной научно-технической конференции «Инновационные технологии обработки металлов давлением» (МИСиС, Москва, 2011); конференции молодых ученых и специалистов ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» (Санкт-Петербург, 2011).
Публикации. Результаты работы отражены в 12 публикациях, в том числе 2 в рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 151 странице машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 142 наименований, 4 приложений.
