CC BY
65
УДК 621.771
Радионова Л.В., Бужланова Ю.В.
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАТАНКИ ИЗ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ МАРОК СТАЛИ
Повышение качества проката является основополагающим фактором развития металлургической промышленности, позволяющим увеличивать производительность выпускаемой продукции, сокращать металлоемкость изделий, при этом снижать материальные затраты на их изготовление и обеспечивать конкурентоспособность проката на мировом рынке.
В целом качество производимого проката определяется химическим составом стали, а также совокупностью всех последующих технологических операций, начиная с получения, разливки стали и заканчивая ускоренным охлаждением катанки с прокатного нагрева. В связи с этим формирование оптимальной тонкодисперсной структуры перлита и обеспечение высокого комплекса физико-механических и эксплуатационных свойств катанки, как основополагающих качественных характеристик, может осуществляться за счет правильно подобранного химического состава стали и грамотного назначения температур но-деформационно го режима прокатки и ускоренного охлаждения катанки [1].
Управление технологическими параметрами горячей прокатки и охлаждения на сегодняшний день может осуществляться в широком диапазоне. Это стало возможным благодаря внедрению на металлургические предприятия современных высокоскоростных прокатных станов. Станы нового поколения позволяют осуществлять не только формоизменение проката, но и проведение термомеханической и термической обработки в потоке стана. К таким современным станам можно с полным правом отнести мелкосортный проволочный стан 170, недавно введенный в эксплуа-
тацию на Магнитогорском металлургическом комбинате и позволяющий получать катанку широкого марочного сортамента с заданным уровнем свойств.
Выбор и регулирование основных технологических параметров прокатки и охлаждения при производстве высокоуглеродистой катанки на стане 170, способствующих повышению качественных характеристик проката, мы осуществляли с помощью методов математического моделирования, весьма распространенных в наши дни. Причем целесообразно, на наш взгляд, использование комплексного моделирования прокатки катанки, состоящего из математической модели расчета температурно-скоростного режима, модели распределения температурного поля по сечению катанки при охлаждении и математической модели прогнозирования микроструктуры проката.
Температурный режим - один из основных режимов управления качеством продукции, являющийся доминирующим фактором, с точки зрения формируемой в процессе нагрева структуры, путем соответствующего влияния на протекание фазовыхпревращений, величину аустенитного зерна, температуру конца прокатки, сопротивление деформации. Разработанная нами модель температурно-скоростного режима горячей прокатки была адаптирована для производства высокоуглеродистой катанки непосредственно для условий мелкосортного стана «170» с учетом его конструктивных особенностей и позволила определять температуру металла в каждой клети прокатного стана [2, 3]. Расчет проводился установлением изменения температуры в каждой клети стана вследствие падения температуры от
Расчат температуры металла в процессе пракатки на стане 170 ОАО "ММК1"
' г “Г ~Т~ >
3 Т •? і іпе-^.гту|і ВІЖИШИЯ ГО.* чеітлєля пі плотен ПвивЛЯ Щ||НЖ|п№|111
4 начала, ПрСкЭТки, ОС 1 А Б 2 3 і 5 Е 7 Ё Э 10 11
5 1100 1№1.7а9СБ 1СШ 532 ‘□5:. 1С6 ІЄ1& 3® 1сив.зйТ д;з5Ь2а 955 0377 <37і №31 97^.1757 955.БТ5Е 557.6^' 745.43^5
Е
7
9 П*»діім^ дли т.к:
9 |, гют о™ 0.337 0 530 0 ЧЭ азе? 0 105 0.375 ож 0.40т 0 263 0339 ож
10 сп еязе ЙЯ35 0ДЙ □.Ей 0.Е35 О.БЭэ и.6Э5 □.БЭ5 fl.es □.535 □.335 □■.335 Яи93
■1 и граф зэоо біта є.та 5.™ е.зоо 7.000 з.от Ю.400 11.000 16.000 3.500 13.000 12.21
& (Г ЕЯ® Є.ЗЄ1 Е.ВД9 Г.ЕЭЭ й.ж? у.^з а.ЦЭ7 11105/ 9.У34 II.2/Ь 101»
'.3 1 :ео і ;б2 1.355 І.З&і 1.252 1.399 1.27 1.333 1 2ЕІ 1 і 1.2ЙЭ 1 34Е 1.7
и 134 500 106ВД ШІ.СШ ВС' пн В? ЙЛ 71 155(1 К1ІЖ 5.1 ео: Я&Г. 39 85} 33 ЕЮ 31 300 2595
1 йж* 515® Мйаи кот і*. 2*7 53 321 72 т? 42.2^ 05 &7? <0 71? 55 700 з&т
■6 я 325 С00 э;5соо эй та 275 та 275 С00 275 005 275.та 312.50: 212.50С 312.500 212 500 212.500 212.50
17 IV, 150000 11? «в кита 115 та 77 000 тот 55 7т тот 41 6ГО того 29 70Р 37 500 2399
13 ы 11ВС[Щ дзет 115 ЛИ 77 ИВ и пт Ей 70а № НЕ І1 ым эп со: 29 ТОО 37 йаэ 2:9:0 3502
'.9 5 саг 55 II035 ЭЯК5 0ЯК5 00055 01055 0.Ж55 0.005Е 0.005Е □.0055 а.ООЕ5 ом:
Л П о'гго о та 0340 0 430 ота 07Ш 105: ,1.330 1 050 2Э4Р Э 160 Ї9?
21 Ё. 7 300 ?та 2.5В0 зо.то 2.100 2.0Ш 2.0Ш л.ооа 2.000 9.Є0О 2.ЙЮ 2.бйи мо
Рис. 1. Фрагмент расчета температуры катанки диаметром 6,5 мм из марки стали 80 на стане 170
ПУБЛИКАЦИИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
действия гидросбива, контактирования валков с метал- деформации. Фрагмент расчета температурного режима лом, охлаждения в межклетевых промежутках и ее при- представлен на рис. 1.
ращении за счет выделения тепла при пластической После осуществления горячей прокатки необхо-
Рис. 2. Пример расчета температурного поля катанки диаметром 6,5 мм из стали марки 80 на линии ускоренного охлаждения стана 170
ИМ III III І'ІІІІІІІМ
-|Л Н
1
*1
¥
І
1Г
I
13
1
и
'Ч
1&:
17]
*
а
.Мі
£і£*х,мп иісчззт^ ■ ЕпНтІ :уігщ;іиі \ ПІШ ї-йіі Ьа ЛпиЬїщ
\ ТОТЕМ, іу ісм1Гг псагЬе* а мр [ПЕР: ог ти»! Ии «іітілс
* П >■ ІЇТІКІ пікшії Зм їлїіі? то 4 -ага ЛІЕИі ог йи ішШіе г*
' Ви теаїЧілт їіпзіі'.-спч.
ПГОЦ! САИШИС' ,-М*зегт ,-9ГПк| *'лггігг. пціГіЗ СШШПС 1(3 ПГ
ПТЕуіі 'Ні#ЄГЩ■. 'іі'-ьіці' ,..а! єрірсізд 5м“Мтн.
Н|ф)ШРІ1 ЇЙ ГІ1Р ВІЇ? 1}И!ТПГР 1п*\# шЛ.С£афи.* ні ри.'{.=іг-; ііш ц£. 5ГЛр. III Шріїі І£С ІРИНІ
■*!*• іЛП '_і іліл № бОПС а Тс іи’ЖГ :■£■ IX їли.їіемь;",.
11-н.і РшАМЗ'і^ВД-ЧЁ 1І^Л'^Иі^<ХїСТдЩПЯ1ОИ#{СОРГОВОГ'ЗГ№,^ТА9ГРОи£-і1ІііОМПА*ІІІіяИч
ИШОДШТВ***
ІКДКІЕЗІСПРШШШЬШЕ ; М К ЕИЧЇ НИ Н ІЕШЕВД УР |ІРШІ4
\ і І яз: ИІЇЬЕ,. ЛІГЬіТІ, .ЇМЕНівіи
' ІЦії ~±л вЬо’-і икі їв н>іії7 1 * ииг. НлїдСІм Ьу [ШЇЬЇ 1і*3иг.-
Ігг-му 1 ІП ■кг- ж 300 «1 ■ЇО
300 0» «и £йй ага їй
іасіш її опвдмнгіі ьг ютд&
-ІРІЖІ
П ь* и & У А Р / р >'
нткищ!
[:га*п*«*--'Г>-*т! ло^'в їжтркп*^-: --■■чн.»»** ІйОіясу
і :т«5 5-Сч^вігї . '.тч-і'Л Ь І'ч^Т-а і 1 • ГтТ 7.П|«ЗРІГ
•І І*:к| * 4 Ф ^ Ді С І»ЦІ.ІГ І ^Vч■.iГ
я -
І і ■ я
Рис. 3. Пример расчета структурных составляющих в стали при охлаждении проката
дим контроль и за процессом охлаждения катанки, отвечающим за протекание фазовых превращений, в ходе которых формируется структура стали. При термическом упрочнении изменения температурного поля по сечению катанки существенны. Нередко при ускоренном охлаждении разница температур между центром и поверхностью может достигать нескольких десятков градусов. Это, в свою очередь, может привести к формированию неоднородной структуры по сечению, подкалке на поверхности и ухудшению свойств горячекатаного проката.
Используемая нами модель распределения температурного поля по сечению катанки в процессе охлаждения позволяет подобрать наиболее рациональные режимы для высокоуглеродистых марок стали путем изменения давления воды в водоохлаждающих секциях при заданных диаметрах, марке стали и требуемых температур металла после участка охлаждения (рис. 2). Возможности этой математической модели также позволяют регламентировать разность температур по сечению и получать необходимый режим охлаждения. При таких условиях катанка по сечению будет охлаждаться равномерно, что может гарантировать формирование структуры сорбитообразного перлита с минимальным межпластинчатым расстоянием и тем самым обеспечивать необждимый комплекс заданных механических и эксплуатационных свойств. С этой точки зрения, важно управлять процессом ускоренного охлаждения проката.
Для определения фазового состава стали разрабо-
Список литературы
1. Иводитов Н.А., Горбачев А.А. Разработка и освоение технологии производства высококачественной катанки. М.: Металлургия, 1989. С. 256.
2. Влияние режимов прокатки на проволочном стане 170 ОАО «ММК» на структуру и свойства катанки из низко - и высокоуглеродистых марок стали / Б.АДубровский, Б.АНикифоров, Л.В.Радионова, Ю.В.Бужланова // Производство конкурентоспособных метизов: Сб. науч. трудов. Вып. 1. Магнитогорск, 2006. С. 13-17.
3. Математическое моделирование температурного режима прокатки на непрерывных сортовых станах / К.С.Тумбасов, Ю.В.Бужланова // Наука. Технологии. Инновации: Материалы Всерос. научной конференции молодых ученых: В 7 ч. Новосибирск, 2006. Ч. 1. С. 123-125.
4. Математическое моделирование температурного поля катанки на линии ускоренного охлаждения прокатного стана / Б.А. Дубровский, Л.В.Радионова, О.АСарапулов // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства. Ч. 1. Череповец: ГОУ ВПО «ЧГУ», 2006. С. 122-125.
5. Математическое моделирование структуро- и свойствооб-разования при горячей прокатке и регулируемом охлаждении / Тумбасов К.С., Радионова Л.В. // XIX Уральская школа металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Екатеринбург, 4-8 февр. 2008 г. Екатеринбург: УГГУ-УПИ, 2008. С. 167.
тана математическая модель «прогнозирования микроструктуры стали», реализованная на языке программирования Matlab. Модель позволяет определить жд диффузионного превращения, наличие тех или иных структурных составляющих в количественном эквиваленте и подбирать условия охлаждения, сопровождающиеся образованием оптимальной структуры сорбита и получения наилучшего сочетания прочностных и пластических свойств.
В качестве исждных параметров прокатки задается термокинетическая диаграмма стали необходимого химического состава и режимы охлаждения, полученные в программе расчета температурного поля проката или экспериментальным путем. Программа позволяет определить в процентном соотношении структурные составляющие в стали, на основании чего становится возможным спрогнозировать уровень механических характеристик проката.
Проверка адекватности каждой из используемыхв исследовании математических моделей осуществлялась в промышленных условиях ОАО «ММК» и ОАО «БМК» и показала высокую сждимость расчетных и экспериментальных данных [4, 5].
В заключение хотелось бы отметить, что управление структурой и свойствами проката из высокоуглеродистых марок стали на основе математического моделирования значительно облегчает и упрощает выбор режима горячей прокатки и регулируемого охлаждения, способствуя повышению качественных характеристик как проката, так и готовой металлопродукции.
List of literature
1. Ivoditov N.A., Gorbanev A.A. Design and production technology of the high-quality rod. M.: Metallurgy, 1989. P. 256.
2. The impact of the rolling modes at the rod mill 170 of the OJSC "Magnitogorsk Iron and Steel Works" on the rod structure and properties made of low- and high-carbon steel grades / B.A.Dubrovsky, B.ANikforov, L.V.Radionova, U.V.Buzhlanova // The production of the competitive wire products: Collection of scientific works. Edition 1. Magnitogorsk, 2006. P. 13-17.
3. Mathematical modeling of the rolling temperature mode at the continuous casting mills / K.S. Tumbasov, U.V. Buzhlanova // Science. Technologies. Innovations. Materials of the Russian scientific conferences of young scientists: V7h. Novosibirsk, 2006. Part 1. P. 123-125.
4. Mathematical modeling of the rod temperature field at the rapid cooling line of the rolling mill / B.A Dubrovsky, L.V. Radionova O.A Sarapulov // Progressive processesand equipment of iron and steel production.Part1.Cherepovets:the State Educational Enterprise of the Higher Professional Education "CSU", 2006. P. 122-125.
5. Mathematical modeling of the structure and property formation in hot rolling and controlled cooling / K.S. Tumbasov, L.V. Radionova // XIX Ural School of metallurgists and heat-treaters "Contemporary problems of the physical metallurgy of steel and alloys". Ekaterinburg, 4-8 February 2008. Ekaterinburg: UGTU-YPI, 2008. P. 167.
