CC BY
28
ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ПРИ РАЗВИТИИ ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ АУСТЕНИТА В ПРОЦЕССЕ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ДВУХФАЗНЫХ СТАЛЕЙ
Шкатов Максим Игоревич
Канд. техн. наук, научный сотрудник ООО «Техномет», г. Тула
Артеменко Юрий Александрович
Канд. техн. наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и оборудования Юго-Западный государственный
университет, г. Курск
Лукин Александр Станиславович
Канд. техн. наук, нач. отдела прокатных технологий ПАО «НЛМК», г. Липецк
MICROSTRUCTURE FORMATION DURING AUSTENITE DYNAMIC RECRYSTALLIZATION DEVELOPMENT IN THE PROCESS OF DP STEEL HOT
ROLLING
АННОТАЦИЯ
В условиях, моделирующих горячую прокатку на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки 2000 ПАО "НЛМК", проведена оценка развития процессов статической, динамической, метадинамической рекристаллизации при горячей деформации в двухфазных сталях. «Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-38-50153 мол_нр».
ABSTRACT
Static, dynamic and metadynamic recry^allization process development in the course of hot deformation of dual-phase Seels was evaluated under the simulated conditions of hot-rolling at continuous wide-йпр Hot-Rolling Mill 2000 of Novolipetsk Steel (NLMK).
Ключевые слова: динамическая рекристаллизация, горячая деформация, сопротивление деформации, двухфазная сталь, математическая модель.
Keywords:dynamic recryMallization, hot deformation, flow tfress, dual phase Meel, mathematical model.
Технология производства низкоуглеродистых и низколегированных листовых сталей включает в себя горячую прокатку на непрерывных широкополосных станах (НШС). Начальная настройка клетей стана обеспечивает режим горячей прокатки на НШС и подбор оптимальных деформационно-скоростных параметров прокатки для системы начальной настройки является актуальной и сложной задачей, особенно при проектировании технологии производства современных марок стали.
Во время горячей прокатки в деформированном аусте-ните протекает ряд высокотемпературных процессов, от которых, главным образом, зависит изменение структуры металла в линии прокатного стана. От степени развития этих процессов (упрочнение, разупрочнение, возврат, рекристаллизация, выделение второй или нескольких фаз) во многом зависят структура и свойства готовой металлопродукции [1]. Ведение прокатки по оптимальному или неоптимальному температурно-деформационному режиму может привести к образованию разнозернистой или однородной структуры, получению устойчивой и развитой субструктуры. Все вышесказанное справедливо и для двухфазных (ДФМС - двухфазная феррито-мартенситная сталь) марок сталей - являющихся одним из перспективных штампуемых материалов для автомобилестроения, отличающихся повышенным сочетанием прочности и пластичности, технология производства которых включает в себя, в том числе и горячую прокатку на НШС.
В 2006 г. в ПАО "НЛМК" продолжен очередной этап разработки ДФМС в связи с повышением спроса на эти марки в автомобильной промышленности крупными мировы-
ми компаниями, которые размещали свое производство на территории России. Ввиду наличия в составе оборудования агрегата непрерывного отжига с возможностью закалки полосы после отжига, освоена и разработана технология получения двухфазных сталей класса прочности 500 и 600 МПа (НСТ500Х, НСТ600Хпо ргЕМ0338, Н380Х по SEW097) [2]. Немаловажным этапом разработки сквозной технологии производства этих марок стали было определение оптимальных режимов горячей прокатки для обеспечения оптимальной структуры горячекатаных полос. Определяющую роль для минимизации рисков получения несоответствующей продукции, нестабильных режимов прокатки и поломки оборудования имеет математическое моделирование процессов горячей деформации.
Деформация и рекристаллизация зерен в процессе многочисленных проходов при больших степенях обжатия вызывает измельчение зерна аустенита в процессе горячей прокатки. Измельчение зерен аустенита ускоряет превращение аустенита в феррит за счет увеличения числа центров зарождения новой фазы [3]. Контроль упрочнения (наклепа) и разупрочнения (статическая, динамическая и метадинами-ческая рекристаллизация) при горячей деформации являются основным механизмом регулирования процессов струк-турообразования при горячей прокатке.
Ранее в работе [4] предложена модель расчета сопротивления деформации проката в клетях чистовой группы непрерывного широкополосного стана с учетом структурных превращений деформированного металла и расчетов параметров статической, динамической и метадинамической
рекристаллизации деформированного аустенита в углеродистых и низколегированных сталях
[5-7]. Получение адекватных, хорошо согласующихся результатов расчета и экспериментальных данных, содержащих информацию о деформационно-скоростных параметрах прокатки и величине сопротивления деформации в клетях чистовой группы непрерывного широкополосного стана углеродистых и низколегированных марок сталей позволило продолжить работу в данном направлении и опробовать аналогичный подход для получения информации о процессах динамической рекристаллизации в двухфазных марках стали при горячей прокатке на НШС 2000.
В настоящей работе проведен расчет параметров горячей прокатки, кинетики рекристаллизации и параметров микроструктуры аустенита при производстве холоднокатаной
Химический состав ст
двухфазной стали марки НСТ600Х по ргЕШ0338 на основе экспериментальных данных по параметрам горячей прокатки, полученных при освоении сквозной технологии производства двухфазных сталей на ПАО "НЛМК".
Входными данными для моделирования процессов струк-турообразования аустенита в двухфазной стали являлись следующие экспериментальные параметры горячей прокатки: толщина подката, которая составляла 30-32 мм, диаметр зерна аустенита на входе в 6-ю клеть принимали равным D5=100 мкм, температура нагрева сляба перед прокаткой ТЛ=1215 °С, температура конца прокатки Ткп=850-870 °С. Далее на основе полученных расчетов проанализировано влияние различных параметров прокатки на структуру и развитие процессов рекристаллизации. Химический состав прокатываемой двухфазной стали приведен в таблице 1.
Таблица 1.
ш марки НСТ600Х, % [7]
Марка Стандарт С Мп Si Р S Сг+Мо Nb+Ti V А1 В
НСТ600Х ргЕМ0338 <0,17 <2,2 <0,8 <0,008 <0,015 <1,0 <0,15 <0,20 <2,0 <0,005
Температурно-деформационные режимы прокатки были рассчитаны из условия равномерной загрузки клетей чистовой группы стана с использованием математической модели, применяемой для начальной настройки клетей
стана 2000 ПАО "НЛМК" [9]. Результаты расчета представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Режим прокатки полосы размером 3,0х1307 мм стали НСТ600Х
№ клети чистовой группы Обжатие, % Толщина, мм Т, °Спо клетям V, м/с по клетям
6 35,13 19,46 1012 1,43
7 37,67 12,13 996 2,30
8 31,33 8,33 976 3,35
9 27,97 6,00 951 4,65
10 24,83 4,51 922 6,18
11 22,62 3,49 887 8,00
12 13,75 3,01 863 9,27
На основе результатов, представленных в таблице 2, моделью были получены сведения о кинетике рекристаллизации (статической, динамической, метадинамической) и зависимости размера зерна аустенита от времени нахождения
Результаты расчета кинетики структурообразования
полосы для каждой клети чистовой группы НШС. Результаты расчетов кинетики структурообразования аустенита для базового режима прокатки стали приведены в таблице 3.
Таблица 3.
полосы размером 3,0х1307 мм из стали марки НСТ600Х
№ клетки £ , усл ' % £ , доли £ , а7 доли £, с доли X стат и - ч е -с к а я , доли X динам и ч е -ская, доли X мета-динамическая, доли d аусте- нита, мкм Gs экпе- римент, МПа Gs расчет, МПа
6 35,13 0,50 0,50 0,51 0,96 0 1,00 31,29 186 176
7 37,67 0,55 0,56 0,51 1,00 0,10 1,00 24,58 196 190
8 31,33 0,43 0,43 0,62 0,86 0 0 22,92 239 229
9 27,97 0,38 0,44 0,66 0,73 0 0 21,77 289 275
10 24,83 0,33 0,45 0,75 0,57 0 0 20,88 286 276
11 22,62 0,30 0,49 0,85 0,47 0 0 19,74 274 273
12 13,75 0,17 0,43 1,05 0,60 0 0 19,09 303 290
Остаточный наклеп (%): 17,20 Конечный размер зерна аустенита (мкм): 18,96
где
£а - аккумулируемая деформация;
£с - критическая деформация для начала динамической рекристаллизации; X - степень рекристаллизации; d - размер зерна;
Процесс горячей деформации двухфазной стали марки HCT600X идет непрерывно при снижении температуры полосы по клетям стана. Обжатие в клети № 7 достигает величины, превышающих критическую деформацию, тем самым инициируя процессы динамической рекристаллизации при прокатке (степень динамической рекристаллизации составляет 10 %).
Времени междеформационных пауз достаточно для полного прохождения процессов статической рекристалли-
зации в первых двух клетях чистовой группы (см. рис. 1). Процесс разупрочнения связан также и с метадинамической рекристаллизацией, которая возможна вследствие протекания динамической рекристаллизации при непосредственно горячей деформации в клетях. Частичная рекристаллизация (статическая) в клетях №№ 8-12 способствует измельчению зерна аустенита, однако накопленной аккумулируемой деформации недостаточно для начала динамической рекристаллизации.
Рисунок 1. Кинетика рекристаллизации аустенита по клетям НШС для полосы стали марки HCT600X
Средние расчетные значения величины сопротивления деформации по всем клетям отличаются от экспериментальных не более чем на 5%. Результаты расчетов по данной модели (в том числе возможность развития динамической и метадинамической рекристаллизации при горячей прокатке) использовались при разработке маршрута и схемы производства двухфазных сталей.
Исследование микроструктуры горячекатаных образцов стали марки HCT600X, отобранных в процессе производства рулонного проката после горячей прокатки на НШС 2000 (после смотки проката в рулон и охлаждения водой
на отводящем рольганге и прохождении у^-а превращения) показывают наличие ферритных зерен, на отдельных участках зерна феррита с игольчатой ориентацией и сорбитом -см. рис. 2.
Исследования микроструктуры образцов проката марки HCT600X проводились на световом оптическом микроскопе Axiovert 200 MAT (CARL ZEISS), совмещенном с видеокамерой и персональным компьютером с программным обеспечением "AxioVision 4.4" в диапазоне увеличений 25-1000 (при увеличении 50, 100, 200, 500, 1000).
>
т
1
Рисунок 2. Структура горячекатаного проката марки HCT600X после обработки на стане 2000
ft: . L
Модель расчета сопротивления деформации и параметров кинетики рекристаллизации реализована средствами языка Object Pascal в среде разработки приложений Delphi [10].
Таким образом, в данной работе произведен расчет параметров динамической, метадинамической и статической рекристаллизации, а также сопротивления деформации и влияние процессов разупрочнения в двухфазной стали марки HCT600X при непрерывной горячей прокатке на широкополосном стане.
С использованием математической модели, применяемой для начальной настройки клетей стана 2000 ПАО "НЛМК", выполнен расчет температурно-скоростных режимов деформирования проката, показано их влияние на процессы разупрочнения при горячей прокатке.
Установлено, что для стали марки HCT600X размером 3,0x1307 мм расчетные значения величины сопротивления деформации по всем клетям отличаются от экспериментальных не более чем на 5%.
Список литературы:
1. Гуляев А.П., Гуляев А.А. Металловедение - М.: Альянс, 2011. -644 с.
2. Лукин А.С. Разработка технологии производства холоднокатаного проката из двухфазных сталей / А.С. Лукин, М.И. Шкатов, Д.В. Родионов, М.Е. Орехов, // Сталь. 2014 г. №10. С.51-53.
3. С.А. Голованенко, Н.М. Фонштейн, А.А. Ефимов и др. О применимости малоуглеродистых ферритно-мартен-ситных сталей для холодной штамповки и высадки. Сталь, 1982, №6, с.68-70.
4. Чеглов А.Е. Влияние развития процессов рекристаллизации на сопротивление деформации при горячей прокатке углеродистых и низколегированных сталей / А.Е. Чеглов, М.И. Шкатов, В.Н. Гадалов // Материалы III междунар. на-уч.-практ. конф.: Перспективное развитие науки, техники и технологий Т.3. Курск. 2013. С. 366-369.
5. Шкатов В.В. Прогнозирование критической деформации, соответствующей началу динамической рекристаллизации в сталях / Шкатов В.В., Шкатов М.И. // Известия вузов. Черная металлургия. - 2008.- № 3. - С. 59-61.
6. Шкатов В.В. Моделирование кинетики динамической рекристаллизации низколегированных сталей при горячей деформации / В.В. Шкатов, М.И. Шкатов // Современная металлургия начала нового тысячелетия: Сборник научных трудов. Ч.1 - Липецк: ЛГТУ 2007. - С. 131-136.
7. Medina S. F. Improved Model for Static Recry^allization Kinetics of Hot Deformed Au^enite in Low Alloy and Nb/V Microalloyed Steels / S. F. Medina, A. Quispe // Iron Steel In&. Jpn. Int. - 1992. - Vol. 41. - P. 774-781.
8. prEN 10338. Hot Rolled and cold rolled non-coated flat products of multiphase Seels for cold forming - Technical delivery conditions. 2008. P. 14
9. Богомолов И.В. Разработка математической модели формирования структуры и механических свойств для оптимизации и проектирования технологических режимов горячей прокатки полосовых сталей: дис. канд. техн. наук. Липецк, 2000. 198 с.
10. Фаронов В. В. Delphi. Программирование на языке высокого уровня. СПб.: Питер, 2003. 603 c.
