Исследование и совершенствование прокатки катанки из высокоуглеродистой стали 70корд и низкоуглеродистой стали Ст1кп с целью повышения комплекса механических свойств

Эффективным процессом получения стали с повышенными механическими свойствами является общепризнанный процесс ТМО. Все большее количество новых прокатных станов создаются на основе технологических схем, в которых заложены принципы термомеханической обработки [1].

В процессе горячей прокатки происходит высокотемпературная термомеханическая обработка металла. Однако под ТМО, как правило, понимается не только физическая сущность процесса, но и целенаправленное комплексное воздействие на структуру металлического сплава совокупностью операций деформации, нагрева и охлаждения, в результате которых и происходит формирование окончательной структуры металлического сплава, а, следовательно, и его свойств [1].

Существует большое количество разновидностей термомеханической обработки стали. Их можно разделить на следующие группы:

1. Режимы термомеханической обработки, при которых деформация осуществляется в аустенитном состоянии. К этой группе относятся наиболее известные и изученные методы упрочнения: высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) и низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО).

2. Термомеханическая обработка с деформацией в ходе превращения переохлажденного аустенита.

3. Режимы термомеханической обработки, связанные с деформацией, осуществляемой после превращения аустенита в мартенсит или бейнит. Примером такой обработки является метод упрочнения, связанный с деформационным старением мартенсита.

Для упрочнения стали могут применяться различные комбинации режимов термомеханической обработки, например ВТМО с НТМО, ВТМО с деформационным старением мартенсита и др. [2]. Термомеханическая обработка, чаще всего, является окончательной операцией при изготовлении деталей. Но она может использоваться и как предварительная операция, которая обеспечивает формирование благоприятной структуры при проведении окончательной термической обработки, включающей закалку на мартенсит и отпуск.

Процессы ТМО широко изучены и опробованы на опытных и полупромышленных установках [3, 4]. Большие результаты были получены при использовании данных процессов при изготовлении продукции из цветных сплавов [4, 5, 6]. Огромные успехи в ТМО достигнуты при производстве штрипса-подката для труб большого диаметра [7], а также других видов листового проката, обладающего особым комплексом механических свойств [8].

В области сортового производства большое внимание уделяется процессам ускоренного охлаждения после прокатки. Но зачастую разрабатываемая технология режимов охлаждения рассчитана на формирование окончательной структуры металла только на основе фазовых превращений, протекающих при распаде аустенита. Однако при этом не учитывается влияние предыдущей деформации на формирование структуры в процессе превращения.

Данная работа посвящена восполнению данного пробела в области использования процессов ТМО при производстве катанки в условиях современных проволочных станов. При этом обеспечивается получение необходимого комплекса механических свойств, исключение последующих режимов термообработки проката в метизном производстве, создание новых видов продукции.

На основе расчета температуры и закономерностей процессов ТМО в диссертации разработаны технологические режимы прокатки катанки для целенаправленного получения структуры и механических свойств на основе математического моделирования и экспериментальных исследований.

В работе решены следующие задачи: — разработка математической модели расчета температуры раската в процессе прокатки, как одного из важнейших факторов, влияющих на механические свойства готовой катанки;

— определение влияния технологических параметров прокатки (скорость, степень и температура прокатки) на формирование структуры при получение катанки;

— определение рациональных режимов прокатки с необходимым микролегированием для получения комплекса свойств готового проката;

— разработка и использование новых режимов термомеханической обработки при производстве катанки.

Содержание работы отвечает поставленным целям и задачам.

В первой главе показаны теоретические аспекты процесса ТМО относительно применения его при производстве катанки. Приведены особенности и перспективы использования новых подходов в процессе прокатки катанки. При этом сделана оценка влияния, которое оказывается на структуру различными технологическими факторами: температура пластической деформации, степень и скорость деформации, режимы последеформационного охлаждения.

Во второй главе приведена разработка адаптивной температурно-кинематической модели, позволяющей построить на основе имеющего стана модели изменения температурных режимов при различных скоростных параметрах деформации.

В третьей главе приведена модель контролируемой прокатки катанки, позволяющей получить требуемый комплекс механических свойств. При этом в основу модели были положены результаты моделирования процессов ТМО на основе температурно-кинематической модели приведенной во второй главе и полученных экспериментальных данных на различных проволочных станов.

В четвертой главе проведена оценка моделирования процессов ТМО при разработках и адаптации к новым проволочным станам. При этом осуществлена возможность определения основных конструктивных параметров как прокатного стана так и установок температурного регулирования проката в процессе деформации.

В выводах проведен анализ сделанной работы, ее теоретическая и практическая значимость в области прокатки на проволочных станах с использованием режимов ТМО.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Рассмотрены процессы, происходящие при деформации металла в горячем состоянии. Определены факторы, наиболее влияющие на формирование структуры металла после деформации.

2. Показана перспективность развития процесса ТМО при производстве катанки с учетом ее геометрических размеров и особенностей производства: особо малое сечение и высокие скорости деформации в отличие от других видов металлопродукции получаемых путем горячей прокатки.

3. Разработана температурно-кинематическая математическая модель проволочного стана, позволяющая рассчитать необходимый температурный режим прокатки в зависимости от влияния всех основных составляющих теплообмена. Также модель позволяет прогнозировать температурный градиент по сечению раската, что в последствии позволяет оказывать влияние на снижение неравномерности структуры в готовой продукции.

4. Определены инструменты получения необходимых механических свойств катанки при горячей прокатке с учетом существующих технологических возможностей стана с точки зрения влияния горячей пластической деформации и химического состава на структуру.

5. Показано, что в процессах производства катанки имеются особые условия высокоскоростной деформации и охлаждения, которые недостаточно изучены и, поэтому, не всегда могут быть использованы для целенаправленного получения структуры и свойств готового проката.

6. Разработки получения в структуре высокоуглеродистой катанки сорбито-образного перлита в линии прокатного стана являются одним из перспективных направлений в производстве данного вида продукции. Получение мелкодисперсного сорбита в структуре катанки позволяет избежать при последующем переделе (волочении) достичь более высокой суммарной деформации без проведения процесса патентирования, который приводит к значительному повышению себестоимости получаемой проволоки.

7. В результате проведенной исследовательской работы был разработан и внедрен в производство наиболее оптимальный режим прокатки и охлаждения катанки для последующей переработки ее на кордовую проволоку. Внедрение разработанного режима охлаждения позволяет получить на мелкосортно-проволочном стане 300 № 3 ОАО «ММК» высокосорбитизи-рованную катанку класса ВК с содержанием дисперсности перлита в высокоуглеродистой катанке до 85%.

8. Проведенные исследования позволили определить основные параметры процесса термомеханического упрочнения катанки малых диаметров. Впоследствии при пуске на ОАО «ММК» стана 170 после адаптации полученных результатов к условиям прокатки на новом стане позволит освоить данный сортамент при массовом производстве.