ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ № 42-161-01

Данная работа является результатом выполнения научно-производственного исследования.

На горячей прокатке на непрерывных широкополосных станах (НШС) металл подвергается многократной деформации и последующему регулируемому охлаждению, при этом в широком диапазоне изменяется температура прокатываемого металла (800-1250 ⁰С), скорость деформации (5-150 с ^-1), время пауз между деформациями (0,4-40с), скорость охлаждения горячекатаной полосы (1-50 ⁰С/с на отводящем рольганге и 17-170 с/ч в рулоне). Учитывая наличие сложных многофакторных связей структуры и механических свойств листовой стали, с технологическими режимами ее прокатки и охлаждения решение задачи управления механическими свойствами проката предусматривает создание математической модели формирования структуры при прокатке на НШС.

Входными параметрами модели являются химический состав (марка) стали, деформационно-скоростной и температурный режим прокатки в клетях стана, режим охлаждения полосы на отводящем рольганге и после ее смотки в рулон, выходными - данные о кинетике структурных и фазовых превращений в линии стана, характеристики структуры и механических свойств готовой металлопродукции. Комплексная модель включает в себя модели: рекристаллизации аустенита в клетях стана, раската переохлажденного аустенита на отводящем рольганге, фазовых и структурных превращений в рулоне, расчета механических свойств проката.

В основу математического описания рекристаллизации аустенита после деформации в клетях стана положены многомерные диаграммы кинетики рекристаллизации сталей сортамента НШС 2000 в виде границ структурных состояний аустенита (наклепанное, частично рекристаллизованное) в пространстве определяющих кинетику рекристаллизации факторов, а также уравнения связи размера рекристаллизованного зерна с размером исходного (до деформации) зерна и параметрами деформации. Для прогноза степени однородности зеренной структуры аустенита использована модель формирования разнозернистости в многократных циклах «деформация-рекристаллизация», основанная на использовании функции плотности распределения зерен по размерам при допущении о логарифмически нормальном законе распределения. Критерием однородности служит вариация распределения размеров зерен.

Для расчета фазовых превращений при охлаждении полосы на отводящем рольганге стана использовали диаграммы изотермического распада аустенита. Переход от изотермических к фактическим условиям охлаждения полосы осуществляли на основе допущения о правомерности принципа «аддитивности». Процедура расчет предусматривала учет влияния размера зерна и степени наклепа аустенита и кинетику его распада. Размер зерна феррита рассчитывали на основе результатов прогноза термокинетики его образования с использованием уравнений регрессии, описывающих связь величины зерна феррита с размером зерна аустенита и скоростью охлаждения в интервале превращения.

Прогноз кинетики сфероидизации пластинчатого перлита при охлаждении полосы в рулоне базируется на единой для углеродистых и низколегированных сталей диаграмме сфероидизации в пространстве определяющих процесс параметров (температура, время, межпластинчатое расстояние в перлите).

Расчет характеристик механических свойств проката проводили по данным о химическом составе стали и параметрам образующейся структуры (размере зерна и объемным долям структурных составляющих, степени сфероидизации пластинчатого перлита) в приближении линейной аддитивности действующих в горячекатаных сталях механизмах упрочнения.

Адекватность математической модели проверена путем сопоставления результатов расчета механических свойств с экспериментальными данными, полученными при прокатке на стане 2000 ОАО НЛМК более 100 полос из углеродистых и низколегированных сталей толщиной 2-8 мм. Расхождение результатов расчета и эксперимента не превышало 5% от значений анализируемых характеристик (предела текучести, предела прочности, относительного удлинения)

Использование математической модели формирования структуры и свойств листового проката в составе АСУ качеством металлопродукции на НШС позволяет: выполнять оперативный прогноз структуры и механических свойств по длине полосы, оптимизировать технологические режимы производства горячекатаной полосовой стали.

Математическая модель формирования структуры положена в основу внедряемой в настоящее время автоматизированной системы прогноза и управления структурой и свойствами листового проката. Использование автоматизированной системы позволит получить значительный экономический эффект за счет повышения качества горячекатаной стали.