Сборник трудов конференции Павловские чтения 2010

Подождите немного. Документ загружается.

Секция 2. Листопрокатное производство

240

эквивалентный десяткам учебников, разбитый на отдельные небольшие фрагменты (статьи),

объединённые с помощью системы перекрёстных ссылок (гиперссылок) и оглавлений [1, 2].

Разработаны структура хранения информации и система доступа к данным, собраны,

обработаны и внесены в базу сведения по теории, технологии и оборудованию процессов

обработки металлов давлением и смежным разделам науки, которая может быть использована как

справочник при разработке и совершенствовании технологических процессов, а также как

компьютерный учебник.

База данных по металлическим материалам и металлопродукции. База данных

содержит информацию по чёрным и цветным металлам. Разработанная структура базы данных, а

также её наполнение и программная оболочка позволяют осуществлять быстрый поиск

информации о химических составах и аналогах отечественных и зарубежных цветных и чёрных

металлов и сплавов, назначении и условиях применения, режимах термообработки, механических,

физических свойствах, требованиях стандартов, технологии и характеристике имеющегося на

предприятиях прокатного оборудования и т.д.

Информационно-расчётная система по процессам прокатки. Правильность

сравнительной оценки вариантов технологии во многом определяется достоверностью

используемых данных, в том числе технологических параметров процессов. В САПР прокатных

цехов главной составляющей является подсистема выполнения технологической части проекта,

которая определяет основные технические решения и уровень технико-экономических

показателей объекта. Именно расчёты на базе технологических моделей позволяют в дальнейшем

дать экономическую оценку и сделать выбор технологии. В технологических моделях объединены

одновременно натуральные показатели расхода ресурсов и выхода продукции. На основе таких

показателей осуществляется расчёт эффективности проекта в целом.

Учитывая это, для их определения разработана математическая модель процесса

продольной прокатки, позволяющая определять деформационные, температурные, скоростные и

энергосиловые параметры, а также прогнозировать механические характеристики металла (рис. 1,

2) [3].

Секция 2. Листопрокатное производство

241

Рисунок 1 – Основная форма расчётов процесса прокатки

Секция 2. Листопрокатное производство

242

Рисунок 2 – Фрагмент результатов расчёта процесса прокатки

Разработанная математическая модель базируется на инженерных методах расчёта

технологических параметров, предусматривает возможность оптимизации процесса, соединена с

базой данных и информационной системой.

Так как существующие зависимости для расчёта важнейших параметров процесса прокатки

не всегда достаточно полно отражают влияние различных параметров процесса и не во всех

случаях обеспечивают достаточную достоверность получаемых результатов, в математической

модели предусмотрена возможность выбора альтернативных методик.

На основании статистической обработки результатов испытаний отечественных и

зарубежных чёрных и цветных металлов, представленных в базе данных, с помощью программы

статистической обработки получены регрессионные зависимости теплофизических характеристик

от температуры и процентного содержания химических элементов в стали или сплаве. Чёрные и

цветные металлы и сплавы разделены на группы и для каждой из них построены уравнения.

С целью определения сопротивления деформации различных деформируемых материалов -

чёрных и цветных металлов и сплавов, они разделены на 63 группы. Разработан алгоритм

определения группы материала и необходимых параметров по заданному химическому составу

Секция 2. Листопрокатное производство

243

металла. При построении уравнений учитывали влияние 66-ти основных химических элементов в

составе материала.

При прогнозировании механических характеристик проката использован аналитический

подход в сочетании с экспериментальным.

При вводе химического состава материалов, определении механических и теплофизических

характеристик материалов, параметров оборудования используются базы данных.

Для эффективной обработки дискретных данных и получения регрессионных зависимостей

при исследовании и моделировании технологических процессов прокатки разработан алгоритм и

составлена программа, которая осуществляет статистическую обработку значительных объёмов

данных, определение коэффициентов корреляции, поиск наилучшего вида функциональной связи.

При построении уравнения регрессии используются всевозможные комбинации степенных

членов, в том числе отрицательных, преобразований (логарифм, экспонента), применяемых как к

отдельным аргументам, так и ко всему выражению.

Программы для конструирования агрегатов и технологического инструмента. В

условиях рыночной экономики выживает тот, кто в состоянии быстро реагировать на

изменяющиеся потребности рынка. В последнее время существенно возрастает спрос на гнутые

профили проката.

Разработка оборудования и калибровки валков для производства гнутых профилей проката

представляет собой довольно сложную трудоёмкую задачу. Это связано с необходимостью

выполнения большого объёма вычислений, изготовлением чертежей, а также потребностью в

оптимизации калибровки.

Принятый способ описания формы полосы и разработанная методика определения

маршрута профилирования позволили составить общий алгоритм для расчёта калибровки валков

при производстве гнутых симметричных и несимметричных профилей практически любых

реальных конфигураций типа уголок, швеллер, змейка, корытный, замкнутый профиль и т.д.

Программа базируется на математической модели процесса профилирования полосы,

позволяющей рассчитывать геометрические и энергосиловые параметры. Разработанный алгоритм

позволяет рассчитать калибровку формующих клетей, вывести чертежи колец и бандажированных

валков в собранном виде, включает поиск рациональных путей профилирования, глубокий анализ

ситуаций, возможностей, многочисленные проверки и направления осуществления процесса гибки

на каждом этапе производства [4].

Графическое представление конфигурации профиля заготовки, промежуточных и

конечного профиля, контрольное измерение размеров с помощью, например, системы AutoCAD

облегчает разработку калибровки и уменьшает число ошибок при подготовке исходных данных и

в процессе расчёта.

На основании полученного режима формования производится конструирование калибров.

Программа позволяет рассчитывать профилировку горизонтальных, вертикальных, валков с

наклоненными под произвольными углами осями, а также предусматривает возможность расчёта

калибровки валков с различными диаметрами в каждой клети, например, увеличивающимися от

клети к клети для создания натяжения.

Элементы профиля и калибра в каждом проходе определяются с учётом характера профиля

и особенностей оборудования. В рамках данной работы выполнен анализ типов калибров,

применяемых при производстве гнутых профилей проката. Разработана методика выбора наиболее

рационального типа калибра на каждом этапе профилирования для любого профиля.

Работа программы по разбивке бандажа на отдельные ролики осуществляется в режиме

советника - компьютер предлагает свой вариант, который можно при желании скорректировать.

Секция 2. Листопрокатное производство

244

После разбивки на бандажи всех валков выдается сводная таблица размеров колец и

данные передаются в систему AutoCAD для выдачи чертежей всех бандажей и сборочных

чертежей. Ролики группируются по типам, чертежи выдаются с таблицей изменяющихся размеров

в соответствии с требованиями соответствующих стандартов на чертежную документацию.

Важнейшим этапом является расчёт энергосиловых параметров профилирования,

определяющий как характеристики калибровки валков, так и оборудования. Разработан алгоритм,

позволяющий определять усилия и крутящие моменты для любого типа элемента профиля, в

зависимости от геометрических и физических характеристик, расположения в пространстве и

характера подгибки с учётом скоростного режима профилирования.

Основным результатом работы программы являются рабочие чертежи роликов и бандажей,

которые могут быть переданы непосредственно в производство.

Таким образом, создан программный комплекс, который предназначен для работы в сети

Internet, что позволило организовать удобное удалённое общение человека с компьютером в

диалоговом режиме в соответствии с принятыми в настоящее время правилами создания

интерфейса в прикладных системах на персональных компьютерах с использованием

автоматически появляющихся форм (окон), содержащих поля ввода с пояснениями, кнопок, меню

(выпадающих списков), графиков, чертежей и т.д.

Комплекс программ для расчёта процесса прокатки, наряду с другими моделями включен в

систему дистанционного обучения. Опробовать работу компьютерного комплекса и

познакомиться с подробным описанием можно на сайтах econom.misis.ru и fdisto.misis.ru.

Компьютерная оболочка создана в среде Microsoft Visual Studio 2008 на языке C# с

использованием новейшей архитектуры (.NET), технологий объектного Web-программирования,

базы данных Microsoft SQL Server Database. Это позволяет использовать её в учебном процессе

как внутри университета, так и при обучении удалённых учащихся по сети Internet. В качестве

клиентского приложения используется обычный браузер, например - Internet Explorer.

Программы снабжены подсказками с подробным описанием применяемых методов,

пояснениями и рекомендациями к любому фрагменту программы, которые появляются после

нажатия кнопки "Помощь" на каждой форме. Описания оформлены в виде файлов в формате

HTML с использованием гиперссылок.

Разработанный аппарат компьютерных программных средств для использования

информационных технологий позволяет наиболее рационально подойти к совершенствованию

процессов производства прокатной продукции.

Список использованных источников

1. Осадчий В.А., Шмурыгин Е.Г., Коротченко Н.А., Осадчий А.В., Герман О.Ю.

Информационно-обучающая система "Металлургия". - Металлург, 1999, № 6, с. 27-28.

2. Осадчий В.А. Информационно-обучающая система в области обработки металлов

давлением. - "Известия высших учебных заведений. Черная металлургия", 2000, № 3, с. 45-47.

3. Осадчий В.А., Герман О.Ю. Моделирование процесса сортовой прокатки с

использованием информационных технологий. - "Известия высших учебных заведений. Черная

металлургия", 2001, № 7, с. 39-42.

4. Осадчий В.А., Осадчий С.В., Герман О.Ю. Компьютерное проектирование оснастки и

оборудования для производства гнутых профилей проката. // Черные металлы - Спецвыпуски,

2005,

№ 10.

Секция 2. Листопрокатное производство

245

ПРОИЗВОДСТВО РУЛОННОГО ПРОКАТА ПОВЫШЕННОЙ ХЛАДОСТОЙКОСТИ НА

ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНОМ КОМПЛЕКСЕ ОАО «ОМК-СТАЛЬ»

Головин С.В., Попков А.Г., Червонный А.В.

РФ, ОАО «ВМЗ», golovin_sv@vsw.ru, popkov_ag@vsw.ru, chervonnyj_av@vsw.ru

В 2007 г. в г. Выкса Нижегородской области пущен в эксплуатацию новый литейно-

прокатный комплекс (ЛПК) по производству рулонного и листового проката, не имеющий

аналогов в России. Основной целью ЛПК является обеспечение ОАО «ВМЗ» заготовкой для

производства труб. Сортамент ЛПК представлен в табл. 1.

Таблица 1

Сортамент литейно-прокатного комплекса

Толщина, мм 1,0 ÷ 12,7

Ширина, мм 800 ÷ 1800

Вес рулона, т макс. 36

Длина листа, мм 3000 ÷ 12000

Марки стали Низкоуглеродистые, среднеуглеродистые, низколегированные

На рис. 1 показана схема технологического процесса изготовления рулонного проката в

условиях ЛПК. После выплавки в электропечи жидкий металл разливается в сталеразливочный

ковш, затем через промежуточный ковш попадает в кристаллизатор машины непрерывного литья

заготовок (МНЛЗ) криволинейного типа, в котором происходит затвердевание слитка толщиной

90 мм. Для уменьшения осевой сегрегационной неоднородности в слябе перед окончательным

затвердеванием металла осуществляется «мягкое» обжатие отливки. Затем производится порезка

отливки на слябы, которые сразу после разливки перемещается в туннельную печь,

предназначенную для выравнивания температуры по сечению литой заготовки. Далее слябы

раскатываются до требуемой толщины в черновой и чистовой группе клетей. После завершения

горячей пластической деформации металла предусмотрено ускоренное охлаждение раскатов и

дальнейшая смотка в рулон..

Рис. 1. Технологическая схема непрерывной разливки и прокатки ЛПК.

Секция 2. Листопрокатное производство

246

Освоение производства проката для изготовления газонефтепроводных труб категорий

прочности К60 является важным направлением расширения сортамента выпускаемой продукции

ЛПК. Прокат класса прочности К60 имеет высокие требования к комплексу механических

свойств. Обычно для достижения заданных прочностных, вязких и хладостойких свойств в

горячекатаных листах и рулонном прокате используется традиционная схема для производства

этого вида металлопродукции: выплавка стали → разливка слябов на МНЛЗ → нагрев холодных

слябов под прокатку → контролируемая прокатка или контролируемая прокатка с ускоренным

охлаждением после завершения деформации. Основным достоинством контролируемой прокатки

является получение при более низком расходе микролегирующих добавок требуемого комплекса

механических свойств без использования дополнительной термической обработки. Данная

технология представляет собой разновидность процесса высокотемпературной

термомеханической обработки сталей, характеризующегося регламентированным, в зависимости

от химического состава, условиями нагрева металла, температурными и деформационными

параметрами процесса и заданными режимами охлаждения металла на различной стадии

пластической обработки, результатом чего является получение мелкозернистой структуры,

которая одновременно вызывает повышение прочности и вязкости металла.

В условиях ЛПК изготовление рулонного проката отличается от традиционной схемы

производства полос с использованием технологии контролируемой прокатки отсутствием стадии

повторного нагрева сляба, в ходе которого литая структура металла значительно измельчается в

результате фазовой перекристаллизации. Напротив, в условиях ЛПК непосредственно после

выхода из машины непрерывного литья заготовок горячий сляб с литой структурой и крупным

аустенитным зерном попадает в туннельную печь. Основной целью нагрева металла в туннельной

печи является выравнивание температуры по сечению сляба. При нагреве в туннельной печи

отсутствует стадия перекристаллизации металла, поэтому перед началом горячей пластической

деформации в слябе сохраняется крупное аустенитное зерно размером 500-1000 мкм,

сформированное на стадии кристаллизации.

Целью настоящей работы являлась разработка для условий ЛПК химического состава и

режимов контролируемой прокатки, позволяющих сформировать в конечной структуре рулонного

проката толщиной 10 мм дисперсной структуры, обеспечивающей заданный уровень

механических свойств класса прочности К60 с гарантией высокой вязкости и хладостойкости

металла до температуры -60

С. Рассматриваемый рулонный прокат предназначался для

дальнейшего производства на ОАО «ВМЗ» электросварных двухшовных труб диаметром 1067 мм

для реализации проекта Балтийская трубная система (БТС-2).

Для достижения поставленной цели была разработана микролегированная Ti, Nb, V

низкоуглеродистая сталь и опробовано три режима контролируемой прокатки (рис. 2) при

разработке которых использовались следующие технологические возможности прокатного стана

ЛПК:

•

повышенные обжатия в черновой стадии прокатки в условиях полного протекания

рекристаллизации;

•

охлаждение раската после черновой стадии;

•

прокатка в чистовой группе клетей при температуре ниже температуры

рекристаллизации аустенита;

•

ускоренное охлаждение проката перед смоткой в рулон.

Во всех 3-х режимах деформация металла в чистовой группе начиналась ниже температуры

рекристаллизации аустенита и заканчивалась при температуре выше (режимы 1, 2) или вблизи

Секция 2. Листопрокатное производство

247

(

режим 3) температуры начала полиморфного γ → α – превращения (А

). Охлаждение полосы на

отводящем рольганге в режимах 1 и 3 прерывалось при температуре на 50 °С ниже, чем в режиме

Рис. 2. Технология производства проката класса прочности К60.

Рис. 3 Микроструктура рулонного проката, произведенного по различным технологиям.

Во всех случаях при производстве проката по технологиям 1-3 в конечной структуре

рулонов формируется мелкозернистая структура, представляющая собой смесь феррита и

продуктов промежуточного распада аустенита. В рулонах, обработанных по режиму 1,

наблюдается ферритное зерно 11 номера по ГОСТ 5639 и слабо выраженная структурная

неоднородность по толщине, возникновение которой связано с особенностями процессов

рекристаллизации при производстве проката в условиях ЛПК. В случае производства проката по

технологии 2 формируется равномерная структура с размером ферритного зерна 10-11 номера. В

прокате, изготовленном по технологии 3 формируется наиболее дисперсная структура с номером

ферритного зерна 11-12, однако присутствует структурная неравномерность, характерная для

контролируемой прокатки с завершением деформации вблизи температуры начала полиморфного

γ→α-превращения.

Прочностные свойства рулонов, произведенные по всем 3-м технологиям, полностью

соответствуют требованиям нормативной документации. Результаты испытаний механических

свойств проката показали, что технология 2 обеспечивает более стабильное распределение

прочностных характеристик по длине рулона по сравнению с режимами 1 и 3 (рис. 4).

Технология 1

Технология 2

Технология 3

Секция 2. Листопрокатное производство

248

а б

Рис. 4. Распределение механических свойств по длине рулона:

а – временное сопротивление, б – предел текучести.

Для определения хладостойкости рулонного проката проведены испытания при разных

температурах на ударную вязкость образцов Шарпи и DWTT. Рулоны, произведенные по

технологии 3, обладают большей хладостойкостью по сравнению с режимами 1, 2, о чем

свидетельствует малый разброс значений ударной вязкости KCV и стабильность значения ударной

вязкости во всем исследованном интервале температур от -20

С до -70 °С.

Высокая хладостойкость рулонов, прокатанных по режиму 3, обусловлена формированием

в процессе контролируемой прокатки мелкозернистой структуры в результате протекания

динамического полиморфного γ→α-превращения во время деформации металла вблизи

температуры А

. Также, при более низкой температуре смотки (технологии 1 и 3) подавляется

сегрегация фосфора по границам зерен и в меньшей степени проявляется эффект дисперсионного

твердения при дальнейшем охлаждении в рулоне, вследствие чего не происходит падение ударной

вязкости. В целом при производстве по всем трем технологиям уровень ударной вязкости

полностью соответствует требованиям нормативной документации.

Рис. 5. Влияние температуры испытания на ударную вязкость образцов Шарпи от рулонов

класса прочности К60, изготовленных по различным технологиям.

560

570

580

590

600

610

620

630

640

650

660

1 2 3 4 5 6

№ пробы

Временное сопротивление, МПа

Технология 1 Технология 2 Технология 3

конец рулона

начало рулона

490

500

510

520

530

540

550

560

570

580

590

1 2 3 4 5 6

№ пробы

Предел текучести, МПа

Технология 1 Технология 2 Технология 3

конец рулона начало рулона

100

150

200

250

300

350

400

-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10

Температура испытания,

Ударная вязкость, KCV, Дж/см

Технология 1 Технология 2 Технология 3

Секция 2. Листопрокатное производство

249

Испытания падающим грузом образцов изготовленных из рулонов, произведенных по

технологиям 1, 2 и 3 показали долю вязкой составляющей в изломе не менее 95% во всем

интервале температур испытаний (табл. 2).

Таблица 2

Результат количественной оценки доли вязкой составляющей на поверхности изломов

ИПГ, от рулонов класса прочности К60

Температура

испытания,

Доля вязкой составляющей (В) в изломе образцов ИПГ, %

Технология 1 Технология 2 Технология 3

-20 100; 100 100; 100 100; 100

-40 100; 100 95; 100 100; 100

-60 100; 100 100; 95 100; 100

Заключение

Впервые в мировой практике по технологии CSP освоено производство рулонного проката

толщиной 10 мм класса прочности К60 с гарантией хладостойкости до температуры –60 °С за счет

применения регламентированных режимов горячей пластической деформации и ускоренного

последеформационного охлаждения раскатов, обеспечивающих формирование в конечной

структуре рулонного проката дисперсной структуры. В 2010 году произведено и отгружено более

10 тыс. т проката стали класса прочности К60, предназначенного для изготовления двухшовных

электросварных труб диаметром 1067 мм для реализации проекта БТС-2.