Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ показателей качества арматурной проволоки из низкоуглеродистых марок стали и механизмов их формирования 8
1.1 Условия обеспечения конкурентоспособности металлопродукции 8
1.2 Основные виды арматурной проволоки, изготавливаемой из низкоуглеродистых марок стали 10
1.3 Сравнительный анализ требований отечественных и зарубежных стандартов к качеству проволоки 12
1.4 Механизм формирования качественных параметров холоднодеформированной арматурной проволоки 17
1.5 Влияние технологических параметров металлургического производства на показатели качества катанки 19
1.6 Формирование свойств проволоки при холодной пластической деформации 1.6.1 Процессы формирования структуры проволоки при волочении 23
1.6.2 Влияние параметров волочения на свойства проволоки 24
1.6.3 Изменение показателей качества проволоки при нанесении на неё периодического профиля 27
1.6.4 Влияние знакопеременной деформации на свойства проволоки 28
1.7 Выводы, цель и задачи исследования 29
2 Исследование влияния технологических параметров производства на качество катанки для изготовления арматурной проволоки 31
2.1 Номенклатура показателей качества катанки из низкоуглеродистых марок 2.2 Исследование уровня свойств горячекатаной катанки для производства арматурной проволоки 34
2.2.1 Анализ характера изменения механических свойств катанки в зависимости от способа разливки стали и содержания химических элементов 34
2.2.2 Анализ влияния способа разливки стали на микроструктуру горячекатаной катанки 38
2.3 Исследование способов упрочнения катанки для производства арматурной
проволоки повышенной прочности 41
2.3.1 Анализ влияния химического состава и процессов прокатки на свойства ускоренно охлажденной арматурной катанки 41
2.3.2 Анализ влияния различных способов упрочнения на вид микроструктуры и распределение величины зерна катанки 2.4 Исследование технологии изготовления и уровня свойств термомеханически упрочненной катанки 48
2.5 Сравнительный анализ уровня свойств арматурной катанки российских и иностранных производителей 52
2.6 Регламентация и алгоритм прогнозирования свойств катанки для производства арматурной проволоки 58
2.7 Выводы по главе 62
3 Формирование показателей качества проволоки в процессах холодной деформации 63
3.1 Дерево свойств арматурной проволоки повышенной прочности из низкоуглеродистых марок стали 63
3.2 Оценка условий деформаций при волочении заготовки под профилирование
3.2.1 Оценка неравномерности деформаций при волочении проволоки в роликовых и монолитных волоках 65
3.2.2 Анализ влияния параметров калибрующего пояска на распределение продольных напряжений в проволоке 68
3.3 Исследование влияния вида профиля на характер изменения арматурной
проволоки 74
3.3.1 Анализ процесса профилирования проволоки с четырехсторонним периодическим профилем 75
3.3.2 Анализ процесса четырехстороннего профилирования термомеханически упрочненной катанки 78
3.3.3 Анализ процесса профилирования проволоки с трехсторонним периодическим профилем 83
3.4 Анализ влияния способов знакопеременной деформации на процессы формирования свойств 88
3.4.1 Исследование влияния совмещенного способа «плющение-волочение» на механические свойства проволоки 88
3.4.2 Определение уровня разупрочняющего эффекта при изгибе катанки в роликовом окалиноломателе 94
3.5 Выводы по главе 96
4 Исследование и разработка эффективных технологических схем изготовления арматурной проволоки в промышленных условиях 99
4.1 Исследование влияния процессов волочения в монолитных и роликовых волоках на уровень свойств заготовки под профилирование 99
4.2 Промышленное апробирование совмещенного процесса «плющение-волочение» 102
4.3 Исследование влияния режимов знакопеременного деформирования на свойства катанки 107
4.4 Исследование влияния знакопеременной деформации на свойства готовой проволоки 111
4.5 Разработка системы управления качеством проволоки в процессе холодной деформации 112
4.6 Проектирование эффективных технологических схем производства
проволоки различного назначения из низкоуглеродистых марок стали 116
4.7 Выводы по главе 119
Заключение 121
Список литературы
- Влияние технологических параметров металлургического производства на показатели качества катанки
- Анализ характера изменения механических свойств катанки в зависимости от способа разливки стали и содержания химических элементов
- Анализ влияния параметров калибрующего пояска на распределение продольных напряжений в проволоке
- Промышленное апробирование совмещенного процесса «плющение-волочение»
Введение к работе
Актуальность работы. Внедрение современных строительных технологий в России определяет высокую потребность в проволоке периодического профиля для армирования железобетонных конструкций номинальным диаметром от 5,0 до 10,0мм, отвечающей требованиям международной нормативной документации. По отношению к требованиям российской документации, европейский стандарт EN 10080 предъявляет более высокие требования к прочностным и пластическим свойствам, а также ужесточает требования к геометрическим характеристикам проволоки и химическому составу стали. Арматурная проволока должна обладать также комплексом эксплуатационных свойств: свариваемостью, критерием анкеровки, отсутствием склонности к хрупкому разрушению.
Несоответствие качества арматурной проволоки, производимой на данный момент в России, уровню качества, определяемому международными стандартами, наряду с жесткой конкуренцией на рынке метизов, требует от предприятий - производителей данной продукции скорейшей промышленной реализации технологии изготовления проволоки требуемого качества. Применение существующих технологических схем производства арматурной проволоки не обеспечивает требуемого результата. Для повышения уровня свойств необходим комплексный подход на основе разработки эффективной схемы управления качеством готовой проволоки, начиная от процессов изготовления катанки до формирования свойств проволоки на готовом размере.
Целью работы является повышение качества проволоки для армирования железобетонных конструкций из низкоуглеродистых марок стали на основе разработки комплексной системы управления качеством, включающей регламентацию свойств катанки, а также совершенствование существующих и разработку новых режимов волочения проволоки.
Указанная цель реализуется путем решения следующих задач:
анализ показателей качества арматурной проволоки из низкоуглеродистых марок стали и механизмов их формирования;
исследование влияния технологических параметров производства на качество катанки для изготовления арматурной проволоки и регламентация свойств данной катанки^ос нацисжл <ьгі„
I библиотека" ,
^——«пи I щ г Д
формирование показателей качества проволоки в процессах волочения, совмещенного и знакопеременного деформирования;
проектирование эффективных технологических схем производства арматурной проволоки из низкоуглеродистых марок стали. Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана методика формирования механических свойств арматурной проволоки, основанная на анализе наследственного изменения структуры низкоуглеродистых сталей при горячей и холодной пластической деформации.
-
Разработан способ управления механическими свойствами проволоки из низкоуглеродистых марок стали при холодной пластической деформации с использованием механизма знакопеременного деформирования, основанный на совмещении способов плющения проволоки и волочения ее в монолитной волоке.
-
Получены регрессионные уравнения изменения механических свойств катанки из низкоуглеродистых марок стали в зависимости, как от химического состава стали и диаметра катанки, так и от режимов ее изготовления.
4. Получены зависимости изменения механических свойств арма
турной проволоки с четырехсторонним и трехсторонним профи
лем для условий волочения заготовки в монолитных и роликовых
волоках из низкоуглеродистой горячекатаной, ускоренно охлаж
денной и термомеханически упрочненной катанки.
Практическая значимость результатов исследования и реализа
ция результатов работы заключается в следующем:
-
Разработаны требования к качеству катанки для производства арматурной проволоки повышенной прочности и внесены в ТУ 14-101-501-2003 «Прокат круглый из углеродистой стали для переработки в арматуру периодического профиля классов А500С и А600С».
-
Предложены эффективные технологические схемы производства арматурной проволоки из низкоуглеродистых марок стали на основе разработанного способа управления механическими свойствами путем учета наследственности и выбора рациональных режимов горячей и холодной пластической деформации.
-
Подготовлены рекомендации к внедрению технологии производства арматурной проволоки повышенной прочности класса А500С
(B500C) из низкоуглеродистых марок стали на ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод».
Апробация работы. Основные положения работы обсуждены на IV (г. Магнитогорск, 2002 г.), V (г. Череповец, 2003 г.), VI (г. Липецк, 2005 г.) международных конгрессах прокатчиков; Международных научно-технических конференциях ОАО «ММК» (г. Магнитогорск, 2002, 2003, 2004 гг.); научно-технической конференции ОАО «МММЗ» (г. Магнитогорск, 2001 г.), ежегодных научно-технических конференциях МГТУ им. Г.И. Носова в 2002 -2005 гг.
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 15 научных публикациях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 135 страниц машинописного текста, 63 рисунка, 31 таблицу, список литературы из 111 наименований, 4 приложения.
Влияние технологических параметров металлургического производства на показатели качества катанки
Углерод относительно слабо влияет на предел текучести стали с феррито перлитной структурой, но существенно ухудшает вязкость стали при низких температурах и свариваемость. В повышенном количестве углерод заметно увеличивает прочность и способность стали к наклепу. Имея это в виду не обходимо стремиться к снижению его содержания, обеспечивая требуемую ь прочность соответствующей термомеханической обработкой. Достижение необходимого предела прочности до 420 Н/мм без использования дополнительных легирующих добавок при обычном содержании марганца до 0,8% возможно только при условии получения исключительно мелкого зерна. Марганец обычно усиливает дисперсионное твердение, вызванное другим легирующим элементом (например, ниобием), вследствие повышения его растворимости в твердом растворе. При увеличении содержания кремния с 0,45 до 1,46 % происходит моно тонное повышение предела текучести и предела прочности, однако кремний вызывает небольшое увеличение зерна. Показатели пластичности практически не изменяются, но сопротивляемость хрупкому разрушению непрерывно пада » ет. Наибольшее значение для свойств стали имеют неметаллические включения серы и кислорода: сульфиды и оксиды. Деформируемость включений с понижением температуры прокатки интенсивно снижается. Оставаясь недефор-мированными, наиболее крупные из включений вытягиваются и становятся источником хрупкого разрушения [26, 27].
Таким образом, исходя из современных представлений о производстве конструкционных низкоуглеродистых сталей обычного качества, данные стали должны содержать не более 0,22 % углерода, и 1,5-2,0 % легирующих элементов, образующих растворы замещения (марганец, кремний, никель, медь, хром) и менее 0,1 % сильных карбидо- или нитридообразующих элементов (алюминий, титан, ниобий, ванадий). Данный уровень содержания элементов при использовании стандартных режимов горячей прокатки не может обеспечить уро-вень предела текучести катанки более 500 Н/мм , однако закладывает необходимые условия для формирования высокого уровня прочности и позволяет при помощи контролируемых условий охлаждения получить мелкозернистую конечную структуру [28, 29].
Исходная величина зерен аустенита, сформированная химическим составом стали и предварительной деформацией, значительно влияет на порядок и продолжительность реакции превращения. Для формирования высоких механических свойств в процессе прокатки применяют несколько видов технологических схем термомеханической обработки [30-35].
Термомеханическая обработка (ТМО) - это вид термической обработки включающей пластическую деформацию, которая влияет на формирование структуры при фазовых превращениях, происходящих во время термического воздействия. Пластическая деформация увеличивает характер распределения и плотность несовершенств кристаллической решетки (дислокаций, вакансий, мало- и высокоугловых границ), которые в свою очередь сильно влияют на формирование структуры при фазовых превращениях. Классическая схема ТМО предусматривает после горячей пластической деформации закалку на мартенсит и ее назначение состоит в получении после горячей деформации и закалки пересыщенного твердого раствора с нерекристализованной структурой (с повышенной плотностью несовершенств).
При проведении улучшения (закалка с высоким отпуском с отдельного нагрева) или ускоренного охлаждения после прокатки происходит бездиффузионное превращение из аустенита кристаллов пересыщенного твердого раствора углерода в феррите-мартенсите, в результате чего формируется дисперсная мартенситная структура в размерном соответствии с исходным аустенитным зерном. Структура закаленной малоуглеродистой стали должна представлять феррито-перлитную смесь в центре сечения и слой сорбита отпуска на поверх ь ности катанки. Кроме того, формируется мелкое рекристаллизованное феррит-ное зерно, что является причиной высокой вязкости металла.
При проведении контролируемой прокатки в одном технологическом процессе предусматривается строгая регламентация режима деформации и условий последеформационного охлаждения. В общем случае контролируемая прокатка - это низкотемпературная прокатка микролегированных сталей. Механизм основан на управляемой регламентации кинетики растворения и выделения в ау-стените и феррите карбонитридов легирующих элементов. В результате такой обработки прочностные свойства увеличиваются на 10 - 30 % по сравнению с исходными, а также улучшаются вязкие свойства.
В различных работах [36-39] указывается множество факторов, способствующих измельчению ферритного зерна при контролируемой прокатке. Результаты контролируемой прокатки в значительной мере зависят от химического состава прокатываемой стали. Так, для стали марки СтЗсп микролегирование азотом, титаном, алюминием и кальцием повышает порог динамической рекристаллизации и, соответственно, позволяет повысить температуру окончания деформации при назначении режимов ТМО, что приводит к получению мелкозернистой структуры феррита и необходимого уровня прочности [40].
Общая тенденция повышения качественных показателей низкоуглеродистых сталей заключается в следующем: сокращение вклада в упрочнение перлитной составляющей структуры, измельчение зерна, как механизм обеспечивающий одновременно и упрочнение и смещение области хрупкого разрушения в сторону низких температур; использование эффекта упрочнения дисперсионными выделениями фаз карбонитридообразующих элементов; создание развитой субструктуры; уменьшение центральной химической и структурной неоднородности. На практике реализация этих положений достигается уменьшением содержания углерода, рациональным микролегированием карбонитридооб-разующими элементами, применением термомеханической обработки, а также способом повышения чистоты стали по неметаллическим включениям [41].
Анализ характера изменения механических свойств катанки в зависимости от способа разливки стали и содержания химических элементов
Распределение зерна по структуре образцов ускоренно охлажденной катанки (1-Ст1сп, ном. диам. 8,0 мм; 2-СтЗпс, ном. диам. 8,0 мм) Процессы ускоренного охлаждения катанки значительно измельчают структуру металла как на поверхности, так и в центре сечения [85]. Однако величина зерна на поверхности катанки из стали марки СтЗпс по сравнению со сталью Стісп достигает меньшего значения - 15 балла, при этом разбег по величине зерна также больше при использовании стали марки Стісп (7 номеров против 6).
Структура катанки, изготовленной с применением способов ускоренного охлаждения, представляет собой феррито-перлитную смесь: перлит сорбитооб-разный, скрытопластинчатыи, присутствуют тонкие прожилки структурно-свободного цементита, отмечается также наличие закаленной зоны на 0,4 1,3мм. Исходя из анализа литературных данных, данная структура не имеет запаса пластичности и склонна к хрупким разрушениям в связи с наличием хрупких составляющих: цементита в структуре и мартенсита на поверхности сечения. Катанка из стали марки СтЗГпс имеет подобный вид микроструктуры, однако закаленная зона на поверхности увеличена до 0,35-1,45 мм. Наличие закаленной зоны влияет на повышение поверхностной твердости и, следовательно, формирует неравномерность напряженного состояния катанки (рис.2.6).
Исходя из проведенного анализа горячекатаной и ускоренно охлажденной катанки различных способов изготовления выявлено:
1 Наиболее мелкозернистой структурой обладает ускоренно охлажденная катанка из стали марки СтЗпс. Разброс величины зерна более 6 номеров объясняется несовершенством охлаждающей системы в потоке проката.
2 Наиболее высоким уровнем прочности у катанки из стали марки СтЗГпс, что закономерно в связи с большим упрочняющим воздействием на низкоуглеродистые марки стали содержания углерода и марганца.
2.4 Исследование технологии изготовления и уровня свойств термоме-ханически упрочненной катанки
Прокатка термомеханически упрочненной катанки из стали марки СтЗпс номинальными диаметрами 6,5; 8,5 мм осуществляется на современном проволочном стане «150» в условиях ОАО «Белорецкий металлургический комбинат». Выплавка стали производится электрометаллургическим способом, затем следует разливка стали в изложницы на слитки, резка слитков на заготовки и горячая прокатка катанки с применением процессов термомеханического упрочнения.
Термомеханическое упрочнение катанки в процессе прокатки и охлаждения проводится по следующим режимам: - скорость прокатки - 44,6 м/с (диаметр 6,5 мм), 31 м/с (диаметр 8,5 мм); - температура металла после виткообразователя 640-660С; - давление воды в линии охлаждения 16,6-16,8 бар; - скорость транспортера 0,38 м/с. Результаты испытаний катанки, изготовленной по данным режимам прокатки, представлены в таблице 2.10. Таблица 2.10 Результаты статистической обработки испытаний термомеханически упроченной катанки, предназначенной для производства арматурной проволоки Номинальный диаметр Параметр СГо,2,МПа ?в, МПа 55, % % С Мп Si 6,5 X 475 582 27 70 0,18 0,47 0,22 S 11,5 12,2 1,5 4,2 V 2,42 V 5,6 6,0 8,5- X 463 567 29 69 0,15 0,49 0,22 S 13,8 10,5 1,6 4,0 V 2,9 1,85 5,5 5,8 Переход к термоупрочнению катанки из стали марки СтЗ с содержанием углерода от 0,16% , вызывает повышение временного сопротивления разрыву на 30% по сравнению с горячекатаной (с 461 до 582 МПа) и вдвое увеличивает предел текучести. Известно, что в процессе термоупрочнения - специального сочетания деформационных и температурных режимов - происходит измельчение аустенитного зерна, повышения исходной плотности дислокаций, создание более дисперсных и равномерно распределенных частиц упрочняющих фаз [30, 33]. В результате образуется структура с повышенной плотностью несовершенств.
В результате термомеханической обработки катанки образуется неоднородная по сечению структура - типа конструктивной анизотропии, характерная для естественных композиционных материалов. На поверхности формируется твердый мартенситный слой (сорбит отпуска) небольшой толщины (около 1,0 -2,0 мм на сторону), сердцевина представляет феррито-перлитную структуру с величиной зерна не более 9 балла и является более мягкой и вязкой. Глубина распространения мартенситных структур составляет соответственно 0,15 и 0,4 мм. Глубина переходных структур от отпущенного мартенсита до равноосных зерен равна 0,3 мм (рис. 2.7, 2.8). То есть повышение прочностных и снижение пластических свойств катанки при охлаждении в основном определяется появлением в поверхностных слоях продуктов мартенситного превращения.
Микроструктура термомеханически упрочненной катанки (х500) В условиях действующего производства отмечается высокая неравномерность свойств металла, полученного с прокатного нагрева, что можно видеть при анализе микротвердости по сечению катанки (рис. 2.9). При производстве катанки номинального диаметра 6,5 мм проведение закалки связано с трудностями охлаждения данного сечения. В процессе закалки катанка претерпевает термическое упрочнение по всему объему металла [83]. Образующаяся по сечению катанки мартенситная структура не обеспечивает пластических свойств, и фактически является невосстанавливаемым браком металла.
Анализ влияния параметров калибрующего пояска на распределение продольных напряжений в проволоке
Формирование свойств катанки обыкновенного качества из низкоуглеродистых марок стали начинается с обеспечения химического состава стали в соответствии с требованиями ГОСТ 380 и минимизации ненормируемых примесей, оказывающих влияние на стабильность процесса волочения. Применяемый на данный момент мартеновский способ выплавки стали и последующая разливка стали в изложницы предполагает наличие химической неоднородности по длине слитков в связи с особенностями кристаллизации металла. Этот недостаток следует учитывать при формировании технологии холодно-пластического деформирования, т.к. химическая неоднородность стали это причина неравномерности механических свойств металла по длине раската, как в процессе прокатки, так и по длине проволоки в процессе волочения [85].
Кроме разливки в изложницы на данный момент отработана технология разливки стали машинами непрерывного литья заготовок. Проведенные исследования катанки, изготовленной по данной технологии, показали увеличение количества дефектов боковой поверхности литых заготовок и общее повышение прочности данной катанки в связи с особенностями процесса раскисления при таком способе разливки стали, что также следует учитывать при разработке технологии волочения проволоки и другого деформационного воздействия [84].
Процесс прокатки окончательно формирует механические свойства катанки и вид микроструктуры. Катанка из низкоуглеродистых марок стали производится стандартными режимами горячей прокатки, а также прокаткой с особыми условиями охлаждения, регулируемыми в зависимости от необходимого уровня прочностных свойств. Горячая прокатка катанки должна обеспечивать требования ГОСТ 30136: предел прочности не более 490 МПа; относительное сужение не менее 60%. В существующей нормативной документации по виду микроструктуры обозначается только отсутствие подкалки (мартенситных и троосто-мартенситных участков). Однако проведенный анализ катанки показал, что для обеспечения равномерности свойств, как исходного металла, так и для формирования равномерной структуры проволоки, необходимо регламентировать величину зерна не менее 7-8 балла и разбег величины зерна не более 2 номеров.
Прокатка катанки по режимам с ускоренным охлаждением определяет более высокие прочностные свойства стали по отношению к горячекатаной. Согласно третьей группе прочности, по разработанным к арматурной катанке ТУ 14-101-501-2003 «Прокат круглый из углеродистой стали для переработки в арматуру периодического профиля классов А500С и А600С», катанка отвечает следующим требованиям: предел прочности не менее 440 МПа, предел текучести 401-450 МПа, относительное удлинение не менее 25 %, относительное сужение не менее 60%. Данный уровень прочности, наряду с химическим составом по ГОСТ 380, возможен при нормированном виде микроструктуры: ферри-то-перлитная смесь с величиной зерна не менее 10-11 номера, разбег по величине зерна не более 2 баллов. Необходимо отметить, что производство катанки с таким уровнем свойств не требует введения каких-либо микролегирующих добавок, не повышая стоимость катанки.
Механические свойства термически упрочненной катанки имеют более высокий уровень: предел прочности не менее 540 МПа, предел текучести не менее 430 МПа, относительное удлинение не менее 26%, относительное сужение не менее 60%. Вид микроструктуры катанки должен быть одинаковым при применении любого из способов упрочнения в потоке проката: феррито-перлитная структура (соотношение перлит/феррит=20/80%), при термомеханическом упрочнении допускается переходная область - сорбито-бейнитная и структура мартенсита с поверхности катанки. Величина зерна 10-11 балл на поверхности и 9-10 в центре структуры, разбег зерна не более 2 номеров.
Выявлено, что не зависимо от уровня содержания химических элементов катанка, изготовленная с использованием машин непрерывного литья заготовок, обладает более высоким уровнем прочностных свойств в связи с особенностями процесса кристаллизации стали.
Определены уравнения регрессии, представляющие зависимость прочностных и пластических свойств катанки в зависимости от условий технологии изготовления, содержания основных химических элементов в стали и диаметра катанки.
Разработаны требования к микроструктуре катанки для изготовления арматурной проволоки: мелкозернистая феррито-перлитная структура с величиной зерна не более 11 балла, при этом разбег по величине зерна должен составлять не более 2 номеров.
Выявлено, что закаленные участки с поверхности термически упрочненной катанки имеют повышенную склонность к хрупкому разрушению, концентрируя растягивающие напряжения, что недопустимо для дальнейшей переработки в условиях холодного деформирования. Необходимо соблюдать условия постоянства структурных составляющих. Разработан общий алгоритм анализа, и прогнозирования свойств катанки из низкоуглеродистых марок стали.
Промышленное апробирование совмещенного процесса «плющение-волочение»
Известно, что при применении механоциклической деформации путем знакопеременного изгиба в роликовых устройствах отмечается повышение пластических свойств холоднотянутой проволоки из низкоуглеродистых сталей. При механоциклической обработке снимаются блокировки дислокаций и образуются новые системы скольжения, что отражается на снижении прочности и повышении пластичности готовой проволоки [107].
Эксперимент проводился при изготовлении арматурной проволоки с трехсторонним профилем диаметром 10,0 мм из катанки диаметром 12,0 мм из стали марки СтЗпс и заключался в анализе механических свойств проволоки, протянутой через ролики с равномерной настройкой заглубления роликов на различную величину относительно друг друга. После расчета деформации проволоки при каждом заглублении роликов была построена графическая зависимость изменения предела прочности и относительного удлинения проволоки от величины деформации (рис. 4.12).
Наиболее оптимальное сочетание прочностных и пластических свойств получено при деформации 5,3-5,6% когда сохраняется необходимый уровень прочности (не менее 600 МПа) и пластичности. При использовании устройств механо-циклической обработки готовой арматурной проволоки необходимо учитывать влияние деформации на параметры качества поверхности проволоки. Большая поверхностная деформации снижает высоту выступа и нарушает параметры профиля.
Анализ качества катанки и готовой проволоки по совокупности ее технических и экономических свойств способствует нахождению оптимального сочетания между ее техническим уровнем и экономическими возможностями использования, выбору эффективных производственных мероприятий, способных с наименьшими затратами трудовых, материальных и финансовых ресурсов обеспечить контроль процессов образования качественных характеристик на всем протяжении технологического процесса [110, 111].
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования способов производства и соответствующих им процессов формирования свойств холод-нодеформированной арматурной проволоки послужили основой для разработки гибких технологических схем производства. Основываясь на прогнозе уровня качества катанки и заготовки под профилирование по полученным зависимостям физико-механических свойств от характеристик процесса производства, необходимо для каждого вида продукции индивидуально планировать последовательность и состав технологических операций с целью гарантированного обеспечения всех показателей качества.
Определим общие схемы управления качеством при изготовлении катанки и проволоки на основе проведенных исследований и сформулируем варианты разработки эффективных технологических схем производства арматурной проволоки и проволоки общего назначения из низкоуглеродистых марок стали, принимая во внимание экономическую целесообразность каждого выбираемого для технологии процесса.
К процессам холодной деформации относятся как непосредственно процессы волочения и профилирования арматурной проволоки, так и различные процессы деформационной обработки, проводимые с целью повышения пластических характеристик проволоки и выравнивания деформации по сечению металла. Исследовано, что протяжка катанки в роликах окалиноломателя, представляя циклическую деформацию изгибом с растяжением, способствует равномерному распределению напряжений в поверхностном слое, снижает прочностные свойства и увеличивает пластичность металла.
Использование процесса «плющение-волочение», также являющегося предварительной деформационной обработкой, и получение промежуточного плоскоовального сечения проволоки, приводит к снижению локализации деформации и вырабатывает поверхностные дефекты катанки. Использование данной установки особенно необходимо при волочении катанки, изготовленной из непрерывно литой заготовки, в связи с наличием дефектов боковой поверхности катанки, а также для выравнивая прочностных свойств и повышения пластичности готовой проволоки.
Технологическая операция волочения осуществляется с использованием роликового волочильного инструмента и монолитных волок. Проведенный ана лиз характеристик передельной проволоки показал незначительное влияние конструкции инструмента на уровень механических свойств проволоки. Особое влияние оказывают геометрические параметры очага деформаций и условия трения, различные для роликового и монолитного инструмента, а также маршрут волочения. Таким образом, определение вида волочильного инструмента должно осуществляться исходя из расчета параметра формы очага деформации и экономической целесообразности использования определенного вида инструмента. Возможна также корректировка геометрических параметров очага деформации. В целом, можно отметить, что высокая стоимость и сложность настройки роликовых волок определяют их ограниченное применение. При использовании монолитных волок необходимо учитывать, что применение единичных обжатия от 25 до 36% и угла рабочего канала волоки 2а в пределах 8-10 формирует благоприятную схему напряженно-деформированного состояния металла. Для снижения процессов нагрева проволоки и деформационного старения волочильная смазка должна обладать повышенной стойкостью к высоким температурам деформации.
Процесс профилирования проволоки используется при изготовлении проволоки для армирования железобетонных конструкций. Для нанесения двухстороннего профиля по ГОСТ 6727 и четырехстороннего по ТУ 14-270-214-94 используется двухроликовая многоручьевая клеть. Трехсторонний профиль по DIN 488 формируется в системах трехроликовых сдвоенных одноручьевых клетей. Согласно проведенным исследованиям вид профиля не влияет на уровень механических свойств готовой проволоки, и значит, его выбор производится потребителем.
Общая схема управления качеством проволоки из низкоуглеродистых марок стали (рис. 4.13) представляет собой схему выбора технологических решений по итогам прогнозирования свойств передельной заготовки и предполагаемых результатов холодной пластической деформации. При этом одновременно проводится оценка экономической эффективности применения каждой из технологических операций.
