Выбор рациональных температурно-деформационных режимов прокатки тонколистовой стали на стане новой конструкции

Стремление к более полному удовлетворению требований рынка при снижении затрат на производство заставило производителей листового проката обратиться к проблеме получения горячекатаных полос по уровню комплекса свойств, не уступающих или приближающихся к холоднокатаным [1].

В целом, видимо, новые технологические схемы прокатки тонкого горячекатаного листа не вытесняют прокатку тонкого холоднокатаного листа и они занимают свою технологическую нишу.

При этом важными факторами, определяющим и качество тонколистовой продукции, являются технологические режимы прокатки. Поэтому задачи, связанные с совершенствованием технологических режимов тонколистовой стали с целью повышения их качества, являются актуальными. Они могут быть решены путем разработки и практического освоения новых станов и технологических способов прокатки листового металла.

Во многих случаях повышение качества горячекатаного проката получают путем увеличения коэффициента вытяжки, что достигается за счет применения заготовки с повышенным сечением [1]. Однако данная технология производства профилей из непрерывнолитых заготовок имеет ряд существенных недостатков, которые не позволяют широко применять ее в производстве. К таким недостаткам относятся:

  • резкое увеличение габаритов и стоимости машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) при отливке заготовок сечением более 600? 430 мм;
  • трудность нагрева заготовок толщиной более 430 мм в существующих методических печах;
  • уменьшение производительности стана вследствие большего времени прокатки заготовки в обжимной клети, чем в остальных клетях.

Перевод прокатных станов на работу с заготовкой повышенного сечения требует дополнительных производственных площадей для установки дополнительных клетей.

Как один из вариантов решения данной проблемы, следует рассматривать применение агрегата с высокими обжатиями в качестве связующего при прямом совмещении машины непрерывного литья заготовок с прокатными станами [1]. Данные агрегаты имеют малые габариты и заменяют ряд прокатных клетей. Создание таких комплексов позволит сократить производственные площади, капитальные и эксплуатационные расходы, существенно снизить расход металла, энергии, повысить производительность труда и качество продукции. Таким образом, в настоящее время создаются принципиально новые агрегаты с высокими обжатиями, требующие сравнительно небольшие капитальные вложения и позволяющие снизить расходы по переделу.

Другим, не менее перспективным вариантом, является применение в составе литейно­прокатного модуля принципиально новых МНЛЗ, позволяющих получать непрерывнолитые заготовки, близкие по форме и размерам к готовым изделиям, а так же новых станов, позволяющих прокатывать тонкий листовой прокат с малыми энергозатратами [1]. В связи с этим особенно важно обосновать структуру, состав оборудования литейно-прокатного модуля и выбор оптимального сечения непрерывнолитой заготовки с позиции снижения капитальных затрат, внедрения ресурсосберегающей малоотходной технологии, улучшения качества проката.

Проведение сравнения результатов производства листовой стали по обычной технологии и при прокатке листа тонкими слябами, показало, что величина зерна в случае прокатки тонкими слябами меньше, чем в случае использования для прокатки слябов обычной толщины [1]. Более мелкозернистая структура, обусловленная снижением температуры выдачи заготовки при прокатке, сохраняется и в конечном продукте, благодаря чему достигаются постоянные показатели предела текучести временного сопротивления. Только тонкий сляб, вследствие малой исходной толщины, может иметь низкую температуру выдачи, с помощью чего при прокатке достигаются лучшие пластические свойства листа.

Таким образом, тонкослябовая технология, в сочетании с прокаткой на станах с малыми энергосиловыми параметрами, позволяет снизить капитальные затраты и затраты по переделу, а также улучшить свойства материала готовой продукции.

С целью повышения производительности и качества получаемых листов, а также уменьшения энергосиловых параметров нами предлагается стан новой конструкции для прокатки горячекатаных тонких полос из сталей и сплавов [2].

Непрерывный стан для прокатки полос из стали и сплавов (рис. 1) содержит рабочие клети, универсальные шпиндели, электродвигатель, шестеренные клети, редуктор с коническими шестернями, моторную муфту, коренные муфты, пружинные уравновешивающие устройства шпинделей, опорные неприводные валки, рабочие приводные валки, станину, опорную плиту, анкерные болты. При этом имеющие от одного двигателя переменного тока привод клети содержат рабочие и опорные валки постоянного диаметра. Необходимо отметить, что в последовательно расположенных клетях диаметр рабочих валков уменьшается в направлении прокатки, а диаметры опорных валков увеличивается. При этом диаметры рабочих и опорных валков определяются по формуле, соответственно:

Общий вид непрерывного стана для прокатки тонких полос

Прокатку полос из стали и сплавов на непрерывном стане осуществляют следующим образом. Тонкие слябы поступает в печь для нагрева и передается рольгангом в первую клеть предлагаемого стана. При движении тонкого сляба через последовательно расположенные в направлении прокатки клетях, у которых расстояние между рабочими валками от одной клети к другой против направлений прокатки увеличиваются на величину khe, происходит уменьшение высоты и достижение требуемой толщины полосы.

Известно, что температурно-деформационный режим прокатки является основной характеристикой, определяющей [3]: качество готовых полос по механическим свойствам, микроструктуре, точности размеров и формы; выкатываемый сортамент; энергоемкость прокатки.

Для выбора рационального температурно-деформационного режима прокатки тонколистовой сталей на стане новой конструкции нами были проведены эксперименты в лабораторных условиях. Эксперименты проводили на предлагаемом стане. При проведении экспериментов в качестве материала заготовки использовали сталь 08кп (0,11 % С; 0,35 % Mn; 0,02 % Si; 0,035 % Р; 0,04 % S; 0,10 % Ст; 0,25 % Ni; 0,25 % Си), которая выплавлена кислородно­конвертерным способом, разлита на машине непрерывного литья заготовок и прокатана на непрерывном широкополосном стане 1700. Вырезанные из горячекатаной полосы заготовки размером 4? 150? 500 мм нагревали в печи со скоростью 20 оС/мин до температур представленной в таблице 1 и выдерживали при этой температуре 30 мин. Общее время аустенизации (~ 40 мин)

обеспечивала полную гомогенизацию аустенита (варианты 1 -9). При проведении данного эксперимента варьировали режимы обжатия, температуру прокатки (табл. 1). В процессе прокатки и во время охлаждения температуру полос замеряли одноканальным прибором Testo 925 (Testo AG, Germany), с помощью быстродействующих и надежных зондов термопар, зонд термопара Тип К (NiCr-Ni).

План эксперимента

После проведения эксперимента были вырезаны образцы для структурного исследования и оценки механических свойств.

Шлифы для металлографического исследования готовили по традиционной методике на шлифовальных и полировочных кругах. Для травления образцов был использован концентрированный раствор азотной кислоты в этиловом спирте.

Металлографический анализ был проведен на оптическом микроскопе «Axiovert-200 MAT» при увеличениях 100, 200, 500 и 1000 крат. Обработка изображений производилась по программе ВидеоТесТ «Металл 1.0».

Результаты исследования распределения температур после прокатки в каждой клети представлены в таблице 2. Из данной таблицы видно, что температура полосы при переходе от одной клети к другой падает, при этом с понижением температуры нагрева прокатка в последних клетях заканчивается в аустенитно-ферритной (варианты 4,5,6) или ферритной (варианты 7-12) области.

На основе полученных результатов экспериментального моделирования установлено, что:

  1. Структура металла опытных образцов, т.е. величина зерна феррита деформированных и охлажденных с различными режимами изменяется в пределах от 18 до 30 мкм (№ 7 - 9, рисунки 2 ? 5), а выделения избыточного цементита не превышает балла 3;
  2. Наиболее равномерное зерно формируется в тех случаях, когда прокатка заканчивается в однофазной аустенитной области (вариант 1, 2 и 3). В этом случае однородная структура соответствует баллам 8 - 9;
  3. Формирование однородной мелкозернистой структуры связано с протеканием в структуре металла динамической рекристаллизации;

 

  Микроструктура стали 08кп после прокатки и охлаждения (? 100) а –вариант 1 (таблица 1); б – вариант 2; в – вариант 3

Микроструктура стали 08кп после прокатки и охлаждения (? 100) а –вариант 1 (таблица 1); б – вариант 2; в – вариант 3 

  1. В вариантах 4-12, когда деформацию заканчивают в двухфазной области, структура характеризуется так же однородностью. В этом случае структура соответствует баллам 7 - 8 (рис. 3, 4 и5);
  1. Формирование однородной структуры связано с тем, что при прокатке в предлагаемом стане деформация по толщине полосы распределяется равномерно. Причиной равномерности распределения деформации является то, что при прокатке в первых клетях, где установлены валки сравнительно большого диаметра, деформация сосредотачивается в центральных зонах деформируемой полосы, а при прокатке в последних клетях, где установлены сравнительно малые по диаметру валки, деформация сосредотачивается на поверхности прокатываемой полосы. При этом суммарная деформация распределяется равномерно.
  2. После окончания прокатки в двухфазной области можно принудительно охладить в воде без охлаждения на воздухе и добиться требуемой однородной структуры горячекатаного тонкого проката.

Микроструктура стали 08кп после прокатки и охлаждения

Микроструктура стали 08кп после прокатки и охлаждения (?


 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Технология прокатного производства /С.А. Машеков, И.И. Кузьминов, Г.А. Смаилова и др. // Монография. Алматы: Изд-во Tetaprint, 2007. 334 с.
  2. Патент Непрерывный стан для прокатки полос из сталей и сплавов /С.А. Машеков, А.С. Машекова, Г.А. Смаилова и др. / Бюл. №3. Опубл. 16.03.2008.
  3. Технология процессов обработки металлов давлением /Полухин П.И., Хензель А. (ГДР), Полухин В.П. и др. / Под ред. Полухина П.И. -М.: Металлургия, 408 с.
Фамилия автора: С.А. Машеков, Ш.А. Бекмуханбетова, У.А.Мырзахметова
Год: 2010
Город: Алматы
Категория: Инженерное дело
Яндекс.Метрика