Компьютерное моделирование влияния технологических режимов прокатки на микроструктуру эвтектоидных колоний перлита катанки Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

дтггг г: гсгтештггп / rq

-1 (54), 2 (55), 2010/ UV

Interconnection between the parameters of the rolled wire production technology and characteristics of its microstructure is shown. The correlation interconnections between the characteristics of the rolled wire microstructure, calculated by method of image processing, and technology of its receipt in conditions of RUP «BMZ» are determined.

А. Н. ЧИЧКО, БНТУ, А. В. ВЕДЕНЕЕВ, РУП «БМЗ», О. А. САЧЕК, В. Ф. СОБОЛЕВ, О. И. ЧИЧКО, БНТУ, Л. А. ФЕКЛИСТОВА, РУП «БМЗ»

УДК 629.113

компьютерное моделирование влияния технологических режимов прокатки на микроструктуру эвтектоидных колоний перлита катанки

Известно, что микроструктура сплава в значительной степени определяет его свойства [1-3]. Развитие компьютерных технологий открывает новые возможности для исследования взаимосвязей «микроструктура катанки - технология проката» в рамках реального технологического процесса. Данная задача имеет как практическое, так и теоретическое значение для совершенствования режимов изготовления катанки.

Целью работы является исследование взаимосвязей между параметрами технологии изготовления катанки и характеристиками ее микроструктуры, определяемыми с использованием метода обработки изображений [4-6].

Исходными данными служили микроструктуры 30 экспериментов. Все данные были получены на основе образцов катанки, изготавливаемой по технологии, используемой на РУП «БМЗ». В качестве технологических параметров получения катанки были выбраны Т - «Время в печи», Т2 -«Скорость редукционно-калибровочного блока (РКБ)», Т3 - «Температура в печи», Т4 - «Температура перед первой клетью», Т5 - «Температура перед проволочным блоком», Т6 - «Температура перед РКБ», Т7 - «Температура виткообразователя», Т8 - «Среднее значение скорости моргана», Т9 -«Степень открытия клапанов водяного охлаждения зоны 1», Тю - «Степень открытия клапанов водяного охлаждения зоны 2», Тп - «Степень открытия клапанов водяного охлаждения зоны 3.1», Т12 -«Степень открытия клапанов водяного охлаждения зоны 3.2», Т13 - «Скорость стельмора (мастер)», Т14 - «Скорость стельмора (секция 1)», Т15 - «Скорость стельмора (секция 6)», Т16- «Скорость стельмора (секция11)», Т17 - «Скорость стельмора (сек-

ция 16)», T18 - «Скорость цепи», - «Степень открытия клапанов вентиляторов стельмора (F1)», T20 - «Степень открытия клапанов вентиляторов стельмора (F2)».

В качестве характеристик микроструктуры катанки, использованных в расчетах, были использованы параметры, характеризующие доли видимых межпластиночных расстояний различного диапазона: S1 - «Площадь распределения P(dra)», S2 -«10% площади распределения P(dra)», S3 - «20% площади распределения P(dra)», S4 - «30% площади распределения P(dra)», S5 - «40% площади распределения Р^пл)», S6 - «50% площади распределения P(dra)», S7 - «60% площади распределения Р^пл)», S8 - «70% площади распределения Р^пл)», S9 - «80% площади распределения Р^пл)», S10 -«90% площади распределения Р^пл)». Параметры P1 - Рю вычисляются по формуле:

d,

Р = J P(dig)dP ,

dmin

где d, = (dmax - dmin ) / 10 , , = 1 10.

С использованием баз данных РУП «БМЗ» были сформированы матрицы данных для статистического исследования взаимосвязи между параметрами микроструктур, параметрами технологических режимов, параметрами катанки и проволоки (табл. 1, 2).

С помощью программного обеспечения «Автоматизированная обработка микроструктур» АОМ-1 [7] были рассчитаны функции распределения межпластиночных расстояний P(dUJ) для всех экспериментов. На рис. 1-3 приведены функции распределения P(dra) для всех образцов. На основе данных

М/шт* г: г/тштгггп

/ 1 (5а), 2 (55), 2010-

Т а б л и ц а 1. Матрица данных для исследования взаимосвязи между параметрами микроструктур катанки и параметрами технологических режимов ее получения

Номер образца Параметры технологических режимов

Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6 Ту Т8 Т9 Т10 Т11 Т12 Т13 Т14 Т15 Т16 Т17 Т18 Т\9 Т20

1 104 100,99 1138 993 979 957 853 62,79 14,1 73,6 79,6 19,3 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,76 80 80

2 101 100,99 1140 983 972 948 848 62,63 14,1 73,7 80,0 19,3 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,76 80 80

3 100 100,99 1136 976 970 935 840 62,63 14,1 73,7 79,9 19,3 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,76 80 80

4 97 101,00 1136 986 987 962 855 62,69 8,4 65,0 36,9 44,5 1,09 1,13 1,21 1,28 1,28 0,76 80 80

5 127 101,00 1121 981 976 951 849 62,72 8,4 64,9 33,8 44,5 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,76 80 80

6 124 101,00 1126 990 988 957 853 62,75 8,4 64,8 37,0 44,5 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,76 80 80

7 101 100,99 1138 992 986 946 850 62,70 14,1 70,3 79,8 19,3 1,11 1,14 1,21 1,28 0,73 0,76 80 80

8 101 100,99 1139 987 982 942 848 62,73 14,1 69,9 79,5 19,3 1,11 1,14 1,21 1,28 0,73 0,76 80 80

9 110 100,99 1139 991 985 935 842 62,70 14,1 66,0 79,1 19,3 1,11 1,14 1,21 1,28 0,73 0,76 80 80

10 135 99,99 1141 997 959 956 844 62,20 37,6 32,4 37,4 9,8 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,82 80 80

11 111 99,99 1138 989 956 947 844 62,16 43,0 32,3 37,0 7,6 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,82 80 80

12 99 100,00 1144 978 949 945 847 62,20 43,4 32,5 38,2 7,9 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,82 80 80

13 102 100,00 1143 1003 986 979 850 62,10 16,5 50,5 38,9 11,4 1,11 1,14 1,21 1,28 0,73 0,76 70 70

14 101 100,00 1141 1004 984 973 849 62,10 16,5 40,0 36,6 11,4 1,11 1,14 1,21 1,28 0,73 0,76 70 70

15 101 100,00 1145 969 974 979 847 62,20 16,5 36,3 36,1 11,4 1,11 1,14 1,21 1,28 0,73 0,76 70 70

16 111 99,99 1140 1008 938 942 842 62,32 37,0 68,6 16,8 28,8 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,77 80 80

17 107 99,99 1146 1009 942 941 842 62,16 34,2 61,2 34,8 9,0 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,77 80 80

18 113 99,99 1142 988 954 945 826 62,20 34,2 59,8 34,1 12,3 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,77 80 80

19 97 104,99 1153 1028 990 967 853 66,05 14,9 68,2 102,1 39,1 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,79 80 80

20 96 104,99 1153 1021 986 965 851 65,20 14,9 68,2 102,0 39,0 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,79 80 80

21 96 104,99 1153 1021 986 965 851 65,20 14,9 68,2 102,0 39,0 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,79 80 80

22 138 105,00 1140 1015 986 971 847 65,17 14,9 51,1 102,1 42,3 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,79 80 80

23 138 104,99 1158 1024 994 977 849 65,10 14,9 51,1 102,0 42,3 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,79 80 80

24 103 104,99 1148 1021 990 978 850 65,20 14,9 51,1 101,8 42,3 0,20 0,73 0,91 0,96 0,96 0,11 80 80

25 90 104,99 1153 1004 964 999 851 65,23 16,8 51,4 88,6 30,1 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,90 80 80

26 90 104,99 1139 989 955 956 852 65,27 16,8 51,5 88,7 30,2 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,90 80 80

27 87 104,99 1147 994 962 959 853 65,27 16,8 51,5 88,6 30,2 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,90 80 80

28 102 104,99 1137 1003 976 966 852 65,22 10,7 40,7 81,4 33,4 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,76 75 75

29 102 104,99 1141 991 961 951 847 65,22 10,8 41,2 81,6 36,7 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,76 75 75

30 94 104,99 1145 1010 976 962 852 65,18 10,8 37,8 81,4 36,7 1,11 1,14 1,21 1,28 1,28 0,76 75 75

Т а б л и ц а 2. Матрица расчетных характеристик микроструктур катанки

Номер образца 52 53 54 55 56 57 58 59 510

1 0,13 0,13 8,70 1,05 3,08 4,49 5,53 6,31 6,94 7,50

2 0,14 0,13 8,33 1,11 3,14 4,48 5,42 6,16 6,75 7,24

3 0,15 0,14 8,11 1,17 3,26 4,55 5,41 6,05 6,59 7,05

4 0,15 0,14 7,98 1,16 3,29 4,57 5,42 6,04 6,56 7,00

5 0,16 0,15 7,81 1,27 3,25 4,38 5,17 5,79 6,32 6,77

6 0,18 0,17 6,83 1,39 3,48 4,58 5,23 5,65 5,97 6,24

7 0,15 0,15 7,52 1,19 3,35 4,69 5,57 6,17 6,6 6,90

8 0,16 0,16 7,47 1,28 3,39 4,56 5,31 5,88 6,3 6,65

9 0,17 0,16 7,06 1,32 3,5 4,60 5,29 5,77 6,15 6,46

10 0,17 0,17 6,84 1,34 3,53 4,68 5,38 5,83 6,14 6,38

11 0,18 0,17 6,35 1,42 3,59 4,68 5,30 5,69 5,94 6,11

12 0,20 0,19 5,89 1,54 3,69 4,64 5,14 5,43 5,62 5,75

13 0,15 0,14 8,14 1,19 3,21 4,46 5,32 5,96 6,50 6,96

тмалргкь ißt

-1 (54), 2 (55), 2010 /U I

Продолжение табл. 2

Номер образца Si S2 S3 S4 S5 S6 S7 Ss S9 S10

14 0,18 0,16 7,12 1,38 3,35 4,41 5,08 5,57 5,99 6,33

15 0,17 0,16 6,76 1,35 3,43 4,65 5,38 5,86 6,16 6,37

16 0,19 0,18 6,27 1,47 3,59 4,64 5,21 5,57 5,80 5,97

17 0,19 0,18 6,41 1,44 3,61 4,64 5,25 5,65 5,93 6,13

18 0,19 0,19 6,13 1,49 3,69 4,69 5,22 5,52 5,73 5,88

19 0,14 0,12 8,69 1,04 3,16 4,56 5,56 6,34 6,98 7,52

20 0,13 0,12 8,90 0,94 3,17 4,72 5,78 6,6 7,26 7,81

21 0,15 0,13 8,23 1,18 3,08 4,33 5,23 5,93 6,50 7,02

22 0,12 0,12 8,94 0,98 3,01 4,48 5,56 6,42 7,10 7,72

23 0,14 0,13 8,29 1,12 3,14 4,47 5,39 6,12 6,72 7,17

24 0,14 0,13 8,44 1,12 3,15 4,44 5,35 6,07 6,67 7,19

25 0,15 0,14 7,62 1,18 3,39 4,63 5,44 6,04 6,51 6,87

26 0,12 0,12 8,4 1,01 3,13 4,66 5,76 6,54 7,11 7,55

27 0,14 0,13 8,31 1,08 3,27 4,63 5,54 6,2 6,73 7,20

28 0,14 0,13 7,63 1,10 3,35 4,87 5,84 6,47 6,90 7,20

29 0,13 0,12 9,24 0,99 3,05 4,50 5,55 6,35 7,03 7,65

30 0,15 0,15 7,77 1,21 3,31 4,54 5,37 5,99 6,48 6,88

функции распределения межпластиночных рас- туры катанки и параметрами технологии ее по-стояний Р(<Зпл) были определены параметры ми- лучения.

кроструктур P1 - P10.

На рис. 5-14 показаны результаты исследова-

На рис. 4 показана схема исследований взаи- ний расчетов коэффициента информативности (ко-мосвязей между характеристиками микрострук- эффициента корреляции) между параметром ми-

Рис. 1. Функции распределения Р(^пл) для образцов № 1-10 микроструктуры катанки: а - 1 - образец № 1; 2 - № 2; 3 - № 3; 4 - № 4; 5 - № 5; б - 1 - образец № 6; 2 - № 7; 3 - № 8; 4 - № 9; 5 - № 10

Рис. 2. Функции распределения Р(^пл) для образцов № 11-20 микроструктуры катанки: а - 1 - образец № 11; 2 - № 12; 3 - № 13; 4 - № 14; 5 - № 15; б - 1 - образец № 16; 2 - № 17; 3 - № 18; 4 - № 19; 5 - № 20

Рис. 3. Функции распределения Р(^пл) для образцов № 21-30 микроструктуры катанки: а - 1 - образец № 21; 2 - № 22; 3 - № 23; 4 - № 24; 5 - № 25; б - 1 - образец № 26; 2 - № 27; 3 - № 28; 4 - № 29; 5 - № 30

со г: т

1 (54), 2 (55), 2010 —

тш? игг

2 ■ ё - • • ш? ^ 20 ^

1 2 20

81 ... 81 5Г ... з: ... О) н-м

Ра ССЛ1 1Й

Л? /?2[)

Програ АОМ

мма

1геггт"тгт|

Рис. 4. Схема исследований взаимосвязей между характеристиками микроструктуры катанки и параметрами технологии ее

получения

кроструктуры Si, где 7 = 1, 10, и параметрами технологии Т1 - Т20 в виде графических диаграмм с указанием количественной степени взаимосвязи относительно самой значимой взаимосвязи в пределах диаграммы.

При анализе полученных результатов все технологические параметры были разделены на три группы. В первую группу входили пять факторов,

наиболее сильно связанных с параметром микроструктуры, во вторую группу - пять наименее взаимосвязанных с микроструктурами и третья группа являлась промежуточной и отражала среднюю степень взаимосвязи между параметрами микроструктуры и параметрами технологии. Параметры технологии первой и второй групп для всех параметров микроструктуры приведены в табл. 3.

Рис. 5. Диаграмма взаимосвязей между параметром микроструктуры S1 и параметрами технологических режимов катанки

Т1 - Т20

-1 (54), 2 (55), 2010/ 1111

i н>

V V

0,33

X Время в печи >0,98

Т3 Скорость РКБ ■9

-0,42_ Т., Температура е печи

-0-51_Температура перед первой клетью

-0,67

-0,60

^Температура перед ПБ

-0,82

-0,96

Температура перед РКБ __.1, Температура аиткообразователя

_Те Скорость моргана

0,89

-0,22

¡Г16 % открытия клапанов зоны 2 -1,00

-®ТВ % открытия клапанов зоны 1

% открытия клапанов и зоны 31

-0,74

..Т1г % открытия клапанов зоны 3.2

„ Скорость стельмора - мастер Скорость стельмора - секция 1

_^Т]6 Скорость стельмора - секция 6

—фТ16 Скорость стельмора - секция 11

-0,24 Скорость стельмора - секция 16

-0,12 ,---Т1Я Цепь (скор)

% открытия вентиляторов стельмора - Р1 % открытия вентиляторов стельмора - Р2

Рис. 6. Диаграмма взаимосвязей между параметром микроструктуры S2 и параметрами технологических режимов катанки

Т1 - Т20

64/нн,

ГГгГ? Г" ктгхтгггх. (54), 2 (55), 2010-

Рис. 8. Диаграмма взаимосвязей между параметром микроструктуры 54 и параметрами технологических режимов катанки

Т1 - Т20

дтггг г: кгтшлтггп /«¡с

-1 (54), 2 (55), 2010/ 1111

к

0,83

-0,20 Т, Скорость

РКБ

Т, Бремя в печи

0,24 т. Температура в печи

0,29 Т^ Температура перед первой клетью

-0,29 Температура перед Г!Б

-0,8В

Т. Температура перед РКБ

-1,00

-0,18 Скорость моргана

Температура ниткообразователя

0,99

-0.22 т№ % открытия клапанов зоны 2

, 7,,% открытия клапанов зоны 3.1 -0.21 открытия клапанов зоны 3 2 Скорость стельмора - мастер

л 1С

рТм Скорость стельмора - секция I ■' ■ ■ >Т15 Скорость стельмора - секция 6 У^уТщ Скорость стельмора - секция 11

Тч % открытий клапанов зоны 1

-Э'э

0.19 ЛТ„ Скорость стельмора - секция 16

-,Т.„ Цепь (скор)

0,50

0.50

-ЧЗТ1Э

% открытия аентиляторов стельмора - Р1

% открытия вентиляторов сгельмора -

Рис. 10. Диаграмма взаимосвязей между параметром микроструктуры S6 и параметрами технологических режимов катанки

Т1 - Т20

бб/пи]

(54), 2 (55), 2010-

Рис. 12. Диаграмма взаимосвязей между параметром микроструктуры S8 и параметрами технологических режимов катанки

Т1 - Т20

гу.ты: г: г^штгпп /07

-1 (54), 2 (55), 2010 / 111

Рис. 14. Диаграмма взаимосвязей между параметром микроструктуры 510 и параметрами технологических режимов катанки

Т1 - Т20

Т а б л и ц а 3. Группы влияния параметров технологических режимов на параметры микроструктуры

По данным таблицы была составлена диаграмма Парето для анализа вклада параметров технологии получения катанки в ее микроструктуру (рис. 15). Как видно из рисунка, параметры технологии, которые имеют наибольший вклад в формирование микроструктуры катанки, это Тц («Степень открытия клапанов водяного охлаждения зоны 3.1»), Т2 («Скорость редукционно-калибровочного блока»), Т8 («Скорость моргана»), Т9 («Степень открытия клапанов водяного охлаждения зоны 1») и Ту («Температура виткообразователя»).

Таким образом, на основе метода обработки изображений микроструктуры стальной катанки

!|1П0в-тт-

Рис. 15. Диаграмма Парето для анализа вклада параметров технологии получения катанки в ее микроструктуру

показана взаимосвязь между параметрами технологии изготовления катанки и характеристиками ее микроструктуры. Установлены корреляционные взаимосвязи между параметрами микроструктуры катанки и технологией ее получения в условиях РУП «БМЗ». Наибольший вклад в формирование микроструктуры катанки, используемой в процессе прокатки и волочения из нее бортовой бронзированной проволоки, вносят следующие параметры технологических режимов получения катанки: «Степень открытия клапанов водяного охлаждения зоны 3.1», «Скорость редукционно-калибро-вочного блока», «Скорость моргана», «Степень открытия клапанов водяного охлаждения зоны 1» и «Температура виткообразователя».

Параметр микроструктуры катанки Первая группа параметров технологических режимов Вторая группа параметров технологических режимов

Т9, Т7, Т2, Т8, Т11 Т19, Т20, Т13, Т14, Т15

Т2, Т8, Т11, Т7, Т12 Т5, Т18, Т4, Т3, Т13

Т1Ъ T2, T8, T9, Т7 T18, T19, T20, T13, Т14

Т11, Т2, Т8, Т9, Т7 Т13, Т14, Т19, Т20, Т15

Т11, Т2, Т9, Т8, Т7 Т13, Т14, Т15, Т16, Т19

Т1Ъ T2, T8, T9, Т7 T13, T14, T15, T16, Т18

Т9, Гц, Ту, Тъ Тб Т13, Т14, Т15, Т16, Т19

Т11, Т2, Т8, Т12, Т4 Т1, Т13, Т14, Т15, Т18

Т1Ъ T2, T8, T9, Т7 T13, T14, T15, T16, Т18

^10 Т11, Т2, Т8, Т9, Т7 Т13, Т14, Т15, Т16, Т18

И/дтг:г г г/тш7лтгп_

/ 1 (54), 2 (55), 2010-

Литература

1. Б о ч в а р А. А. Металловедение. М.: Металлургиздат, 1956.

2. У м а н с к и й Я. С., Б л а н т е р М. С., Ф и н к е л ь ш т е й н Б. Н. Физическое металловедение. М.: Металлургиздат, 1955.

3. С а л т ы к о в С. А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970.

4. Ч и ч к о А. Н., С а ч е к О. А., В е д е н е е в А. В., С о б о л е в В. Ф. Системный анализ взаимосвязей между спектральными характеристиками изображения микроструктуры стали и ее механическими свойствами в металлургической продукции // Литье и металлургия. 2009. № 3. С. 61-70.

5. Ч и ч к о А. Н., С а ч е к О. А., В е д е н е е в А. В. Алгоритмы обработки изображений микроструктур сталей для определения межпластиночных расстояний феррита и цементита // Литье и металлургия. 2009. № 1. С. 86-93.

6. Ч и ч к о А. Н., С а ч е к О. А., В е д е н е е в А. В., С о б о л е в В. Ф. О новых математических методах анализа микроструктур эвтектоидных колоний перлитных сталей // Литье и металлургия. 2008. № 4. С. 104-112.

7. АОМ-1 / А. Н. Чичко, О. А. Сачек, С. Г. Лихоузов, А. В. Веденеев, Е. П. Барадынцева, В. Ф. Соболев: № С20090028, за-явл. 11.06.2009, зарег. 16.06.2009.