CC BY
92
вибровозбудителя, учитывающим только изнашивание трущейся поверхности контртела.
Точность математических моделей разработанного вибровозбудигеля была доказана в ходе экспериментальных исследований на установке, показанной на рис. 8, при этом теоретически время безотказной работы составляет 4320 ч, что примерно на 30% превышает время безотказной работы у аналогичных машин.
Рассмотренный универсальный роторный виб-ровозбудигель повышенной мощности, по сравне-нию с дебалансными и простыми роторными системами, обладает следующими преимуществами: возможностью раздельного регулирования частоты колебаний в диапазоне 0... 3000 Гц и ам-
плигуды колебаний в диапазоне 0...30 мм; сниженными на 20% нагрузками на опорные узлы; повышенной долговечностью; возможностью управления двумя и более колебательными системами с раз личными характеристиками; простотой конструкции и настройки.
В связи с этим широкая универсальность виб ро воз б удите лей с широкими технологиче -скими возможностями позволяет использовать их в качестве источников колебаний в вибрационных машинах различного назначения и мощности с повышением производительности работ и качества выпускаемой продукции
Библиографический список
1. Сергеев, С.В. Повышение эффективности вибрационных процессов при механической обработке различных материалов: монография / С.В. Сергеев. Челябинск: Изд-воЮУрГУ, 2004. 262 с.
2. А.с. 1664412 Российская Федерация, МПК7 В 06 В 1/16. Способ возбуждения круговых колебаний и устройство для его осуществления / С.Г. Лакирев, Я.М. Хилькевич, С.В. Сергеев. № 4414912/24-28; заявл. 24.04.1988; опубл. 23.07.1991, Бюл. № 27. 5 с.
3. Пат. 2213618 Российская Федерация, М ПК7 В 02 С 19/00. Способ и устройство измельчения материалов / С.В. Сергеев,
Р.Г. Закиров, Е.Н. Гордеев, Б.А. Решетников. № 2002102797/03; заявл. 31.01.2002; опубл. 10.10.2003, Бюл. № 28. 6 с.
4. Иванов, М .Н. Детали машин: учебник для студентов высших техн. учебных заведений / М .Н. Иванов. 5-е изд., перераб.
М.: Высш. шк., 1991. 383 с.
УДК 669.462
Салганик В.М., Денисов С.В.
РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РУЛОННОГО ПРОКАТА КЛАССОВ ПРОЧНОСТИ Х60-Х70 ТОЛЩИНОЙ БОЛЕЕ 12 ММ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ
Для расширения рынков сбыта стали для трубной промышленности как в России, так и за рубежом в ОАО «ММК» приступили к разработ-ке технологии производства полос класса прочности Х60, Х65 и Х70 толщиной более 12 мм.
Требования по химическому составу к прокату классов прочности X60, Х65 и Х70 представлены в табл. 1 [1].
Требуемые механические свойства проката класса прочности Х60, Х65 и Х70 представлены в табл. 2 [1].
Большой объем производства проката для трубной промышленности вызывает необходимость при разработке состава сталей для этого назначения ориентироваться на дешевые и неде-фицигные легирующие элементы. Технология же изготовления металла должна быть относительно простой и экономичной (табл. 3) [2].
Таким образом, для обеспечения конкуренго-
способности конструкционного проката его необ-ходимо производить методом контролируемой прокатки в сочетании с ускоренным охлаждением.
Технология контролируемой прокатки включает следующие основные этапы: выбор соответствующего химического состава стали; нагрев слябов с контролируемой температурой, обеспе-чивающей оптимальную степень растворения кар-бонигридов и относительно мелкое и однородное зерно аустенигной фазы перед прокаткой; измельчение зерен аустенигной фазы за счет многократной предварительной деформации и рекристаллизации; междеформационная пауза с охлаждением (желательно ускоренным) до температуры, при которой существенно заторможены процессы рекристаллизации аустенига; финальная деформация аустенига с суммарным обжатием 50-80% при температурах ниже температуры его рекристалли-
зации; деформация в у-а-области; регулируемое охлаждение после прокатки [3].
Упрочнение за счет увеличения содержания углерода связано с повышением в стали объемной доли перлита. Последнее сопровождается уменьшением отношения От/Ов, поскольку происходит более быстрый рост временного сопротив-
Таблица 1
Требования по химическому составу к прокату классов прочности Х60, Х65 и Х70
Класс прочности М ассовая доля химических элементов, %
С Мп Б Р
не более
Х60 0,22 1,4 0,015 0,025
Х65 0,22 1,45 0,015 0,025
Х70 0,22 1,65 0,015 0,025
Примечания по массовойдолехимических элементов:
Для каждого уменьшения на 0,01% ниже заданного максимального содержания углерода разрешается увеличение вы шезаданного содержания марганца на 0,05% вплоть домаксимальной величины 1,65% для проката классов прочности Х60, Х65 и до 2,0% для проката класса проч-ностиХ 70.
Могут использоваться ниобий, ванадий ититан.
Суммарное содержание ниобия, ванадия и титана не должно превышать 0,15%.
По согласованию между покупателем и изготовителем может поставляться сталь и другого химического состава при условии соблюдения пределов по суммарному содержанию ниобия, ванадия и титана и приведенного в таблице содержания фосфора и серы.
Таблица 2
Требуемые механические свойства проката классов прочности Х60, Х65 и Х70
Класс прочности От ав 55, % КУ°, Дж Количество вязкой составляю -щей в изломе образца, %
Н/мм2 не менее
Х60 414-565 517-758 22 27 60
Х65 448-600 531-758 22 27 60
Х70 483-621 565-758 21 27 60
Таблица 3
Дополнительные затраты на производство листов толщиной 20 мм в сравнении с горячей прокаткой
Процесс Затраты, $/т
Нормализация 19,5
Термомеханическая прокатка 0
Термомеханическая прокатка + ускоренное охлаждение 3,5
ления по сравнению с пределом текучести.
В результате повышения содержания углерода снижаются пластические и вязкие свойства [4].
С увеличением содержания углерода, особенно выше 0,20%, существенно ухудшается способность к сварке и холодной деформации. Ударная вязкость стали, в первую очередь при минусовых температурах, снижается [4].
Марганец является основным легирующем компонентом в конструкционных низколегированных сталях. Его содержание составляет 1,41,7% [5].
Кремний обеспечивает повышение прочности и вязкости при легировании не более 0,5%.
Содержание фосфора и особенно серы ограничивают 0,02%. Сера уменьшает сопротивляемость стали динамическим нагрузкам при низких темпе -ратурах. Она образует сульфвды марганца, которые , будучи пластичными, при температурах горячей прокатки расплющиваются и вытягиваются в продолговатые включения. При низких температурах вследствие своей хрупкости эти включения существенно снижают ударную вязкость поперек направления прокатки. Анизотропия вязких свойств в готовых листах вследствие этого может быть весьма значительной - вязкие свойства листов в попе -речном направлении могут быть в 1,5-2,0 раза ниже, чем в продольном. Повышению вязких свойств и уменьшению анизотропии способствуют добавки циркония, церия и редкоземельных элементов, которые , растворяясь в сульфвдах, понижают их пла-стичность при горячей деформации Это способствует сохранению сульфвдами формы, близкой к глобулярной [5].
Отличительной особенностью химического состава сталей, подвергаемых контролируемой прокатке, является микролегирование карбониг-ридообразующими элементами (ниобием, ванадием, титаном и др.) в сотых, реже в десятых долях процента. Микролегирование осуществляют для того, чтобы избежать экспоненциального роста зерна аустенига при нагреве под прокатку. Добавки ванадия и алюминия в сталь задерживают аномальный рост зерна до температур 1000-1100°С, добавки ниобия - до 1150°С, титан образует весьма стойкий нигрвд Т№, тормозящий рост зерна при 1200°С и выше.
Исходя из проведенного анализа, для повышения конкурентоспособности и удовлетворения требований потребителей прокат должен поставляться после контролируемой прокатки или контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением , с содержанием углерода менее 0,20%, марганца в пределах 1,2-1,8%, кремния 0,15-0,60%, с низким содержанием серы и с микролегирова-
нием карбонитрвдообразующими элементами (ниобием, ванадием, титаном и др.).
По нашему мнению, наиболее близко к вы -шеперечисленным критериям подходят четыре варианта химического состава стали (табл. 4).
Прокатный передел на ШСГП начинается с нагрева слябов до температур около 1180-1220°С для обеспечения более полного растворения микролегирующих элементов в стали, при этом появляется возможность избежать подстуживания раската перед чистовой стадией контролируемой про -катки и повысить производительность стана.
Успешное проведение черновой стадии прокатки требует высоких единичных обжатий (е = 15-20%, не менее 5 обжатий) во всех последовательных клетях черновой подгруппы для обеспе -чения полной рекристаллизации металла [5].
Особенностью проведения чистовой стадии прокатки на ШСГП является ограниченное число обжатий в последовательных клетях, что при прокатке высокопрочных сталей может вызывать перегрузку клетей по усилию. Целью чистовой ста -дии контролируемой прокатки является получение деформированных («оладьеобразных») зерен ау-стенига, а также полос деформации в зернах, что повышает удельную эффективную поверхность аустенига и позволяет получить большое число мест зарождения зерен феррита и, следовательно, существенно измельчить зерно феррита.
Решающее влияние на механические свойства сталей при контролируемой прокатке оказывают ее температурно-деформационные ус -ловия на стадии чистовой прокатки: температура начала и конца прокатки, суммарная деформация и распределение ее по проходам. Понижение температуры окончания прокатки до температуры Аг3
приводит к измельчению зерна феррита в структуре, в связи с чем прочность, вязкость и сопротивление хрупкому разрушению сталей значительно повышаются. Большое значение для получения высокого комплекса механических свойств имеет обеспечение суммарного обжатия доста -точной величины в заключительной фазе прокатки Увеличение степени обжатия влияет аналогично снижению температуры конца прокатки,
способствуя повышению прочности и снижению критической температуры хрупкости. Например, в работе [4] показано, что увеличение суммарной степени деформации при температуре ниже 900°С с 10 до 70% в малоперлитной стали с титаном позволило снизить критическую температуру хрупкости с 0 до -50°С. Измельчение зерна феррита и соответственно улучшение комплекса механических свойств за счет деформации в нижней части аустенигной области достигает предельной величины при обжатии 70-75% [3].
Наиболее эффективным способом измельчения зерна при приемлемой стоимости является процесс, который объединяет контролируемую прокатку и ускоренное охлаждение. Свойства, полученные в результате этого процесса, не могут быть достигнуты только термической обработкой. При снижении температуры смотки с 650 до 550°С повышается предел текучести на 80 Н/мм2 без снижения хладостойкости металлопроката [2].
С помощью комбинированной математической модели [6] проведено исследование процесса контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением полос с различными вариантами химического состава (см. табл. 4). Результаты моделирования процесса контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением полос представлены в табл. 5.
Анализируя результаты проведенного мате -матического моделирования процесса контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением
Таблица 4
Варианты химического состава стали
Вари- М ассовая доля химических элементов, %
ант С Мп Бі АІ Nb Ті V
1 0,11-0,14 1,25-1,40 0,40-0,55 0,02-0,05 0,030-0,045 0,015-0,035 -
2 0,10-0,14 1,40-1,80 0,25-0,50 0,02-0,05 0,040-0,070 0,005-0,020 -
3 0,14-0,20 1,20-1,40 0,30-0,60 0,01-0,04 - 0,010-0,040 0,05-0,14
4 0,09-0,12 1,55-1,75 0,15-0,30 0,02-0,05 0,020-0,050 0,010-0,035 0,08-0,12
Таблица 5
Результаты моделирования процесса контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением полос
Вариант химического состава стали Сэ - углеродный эквивалент От ав, 55 ИПГ К№, Дж
Н/мм2 %
1 0,35-0,42 430-520 547-610 21-27 69-86 51-83
2 0,37-0,43 455-530 566-620 21-27 69-82 69-87
3 0,39-0,44 455-560 540-640 17-21 43-67 38-47
4 0,41-0,43 515-580 590-670 23-27 94-100 76-119
Примечание:
Сэ = С + М п/6 + (Сг + Мо + У)/5 + (Си + N0/15 + 15В.
Суммарная степень деформации в чистовой группе клетей 70%. Температура конца прокатки 1180-1220, смотки - 800-840°С.
Таблица 6
Механические свойства проката класса прочности
Х60, Х65 и Х70
Клазс прочности Толщина полос, мм От, ав, 56 ИПГ0 KV0, Дж
Н/мм2 %
Х60 12,1-16,0 455-485 550-590 25-27 100 49-76
Х65 12,1-15,9 485-510 600-620 26-27 100 54-89
Х70 12,1-15,0 510-570 600-650 23-25 100 61-91
полос, предназначенных для трубной промышленности, можно сделать следующие выводы:
1. Прокат классов прочности Х60, Х65 и Х70 возможно производить, только используя вариант №4 химического состава стали
2. Прокат категории прочности X60 возможно производить, используя все варианты химического состава стали (с 1 по 4). Однако прокат , произведенный из стали по варианту № 3 химического состава, менее пластичен (относительное удлинение ожвдается в интервале 17-21%), что ниже требований АР1 5Ь, и поэтому указанный вариант не рекомендуется к ис польз ованию.
3. При вариантах легирования № 1 и 2 прогнозируется получение практически одинакового комплекса свойств. Однако в варианте легирования № 1 (при одинаковом содержании углерода в стали) используется меньше легирующих элементов, чем в варианте легирования № 2.
4. Наибольшей хладостойкостью обладает прокат с химическим составом стали по варианту № 4.
В итоге, учитывая требования по химическому составу стали по АР1 5Ь и результаты моде-
лирования, материалом для производства проката категорий прочности X65 и Х70 был выбран вариант №4. Для производства проката категории прочности X60 был выбран вариант легиро-вания № 1. Для поставки рулонного проката в соответствии с требованиями АР1 5Ь в ОАО «ММК» был разработан ставдарт СТО ММК 242-2000 «Прокат горячекатаный листовой и рулонный из углеродистой качественной и низколегированной стали для электросварных труб с требованиями по АР1 5Ь».
С помощью моделирования были найдены основные температурно-деформационные параметры прокатки полос толщиной до 14 мм на ШСГП для классов прочности:
Х60
температура нагрева слябов, °С суммарная степень деформации в чистовой группе клетей, % температура конца прокатки, °С температурасмотки полос, ° С скорость охлаждения полос на отводящем рольганге, °С/с
1180-1220
70-80
770-810
570-610
2,5-4,8
Х65, Х70 1180-1220
70-80
780-840
560-600
2,8-5,3
Достигнутые механические свойства проката соответствовали требованиям потребителя для всех классов прочности (табл. 6).
В настоящее время по разработанной технологии успешно произведено около 5000 т проката категорий прочности X60, Х65 и Х70 толщиной более 12 мм.
Таким образом, можно заключить, что в ОАО «ММК» создана эффективная технология произ-водства проката категорий прочности Х60, Х65 и Х70 в соответствии с API 5L.
Библиографический список
1. Техническиеусловия натрубы для трубопроводов 51_ (АР1 51_). Срок введения 2000 год.
2. Ниобийсодержащие низколегированные стали / Ф.Хайстеркамп, К.Хулка, Ю.И.Матросов, Ю.Д.Морозов и др. М.: СП. Интермет Инжиниринг, 1999. 90 с.
3. Потемкин В.К., Пешков ВА. Контролируемая прокатка. Термомеханическая обработка листов. М.: ВИНИТИ, 1986. С. 3-55.
4. Матросов Ю.И. Пути повышения прочности, вязкости и хладостойкости низколегированных сталей для газопроводных труб большого диаметра // Бюл. НТИ. Черная металлургия. 1981. № 11 (895). С. 16-26.
5. Матросов Ю.И., Литвиненко Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных трубопроводов. М.: Металлургия, 1989. 288 с.
6. Денисов С.В., Карагодин Н.Н., Кутуева Р.Я. Методика определения основных технологических параметров контролируемой прокатки, обеспечивающих получение требуемых потребительских свойств // Прогрессивные толстолистовые стали для газонефтепроводных труб большого диаметра и металлоконструкций ответственного назначения: Сборник докладов. М.: М егаллургиздат, 2004. С. 111-115.
