Введение к работе
Актуальность работы. Основной объем производства листа для холодной штамповки приходится на раскисленные алюминием низкоуглеродистые стали (типа 08Ю или аналогичные по составу, поставляемые по зарубежным стандартам). Тонколистовой холоднокатаный прокат из стали 08Ю дифференцируется по показателям штампуемости (механическим свойствам при испытании на растяжение, твердости, результатам технологических проб на вытяжку) на несколько категорий (СВ, ОСВ, ВОСВ, ВОСВ-Т). Из-за неустойчивости технологии выход высших категорий качества нередко плохо управляем и иногда обеспечивается только селекцией: отбором плавок или рулонов.
Современные металлургические производства достаточно хорошо осна
щены средствами измерения, сбора и обработки информации, но их используют
лишь для локального управления «по возмущению», чтобы возвращать каждый
параметр процесса в заданную точку, а информационные сети обычно исполь
зуются только для оперативного учета потока продукции. Это необходимо, но
явно недостаточно. Для эффективного управления структурой и свойствами ме
таллопродукции обычно недостает не столько технических средств, сколько
«искусственного интеллекта» - комплекса алгоритмов и программ, решающих
задачи прогнозирования структуры и свойств металлопродукции на выходе по
химическому составу стали и фактическим параметрам обработки, предотвра- »
щения вредных последствий от возмущений за счет корректировки дальнейших операций, оперативного проектирования технологий производства при расширении номенклатуры продукции. Решение этих задач потребовало создания математических моделей фазовых и структурных превращений в сталях при их обработке в ходе технологического процесса.
Целью работы является разработка математических моделей фазовых и структурных превращений при термической обработке тонколистового проката из раскисленных алюминием низкоуглеродистых сталей, изучение закономерностей структуро- и текстурообразования проката, разработка на этой основе путей и методов управления структурой и кристаллографической текстурой листовой стали.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать математическую модель выделения нитрида алюминия при охлаждении рулонов горячекатаных полос из раскисленных алюминием низкоуглеродистых сталей;
разработать математические модели возврата, выделения нитрида алюминия и рекристаллизации при отжиге холоднокатаной стали в промышленных печах;
изучить закономерности образования текстуры рекристаллизации в условиях наложения на процесс рекристаллизации выделения дисперсных частиц нитрида алюминия;
в условиях действующего производства выполнить проверку адекватности разработанных моделей, провести количественную оценку вклада технологических ф акторов в формирование кристаллографической текстуры готового листа;
оптимизировать режимы рекристаллизационного отжига холоднокатаной стали для стабильного получения требуемых показателей штампуемости отожженного листа при экономии энергозатрат на отжиг.
Научная новизна.
1. Разработана математическая модель выделения нитрида алюминия при
охлаждении рулонов горячекатаных полос из раскисленных алюминием низко
углеродистых сталей, позволяющая прогнозировать кинетику образования и
рост частиц A1N в зависимости от температуры смотки полосы в рулон, массы
рулона, содержания в стали азота и алюминия.
Установлены закономерности разупрочнения холоднокатаной стали 08Ю при отжиге в интервале температур возврата и разработана математическая модель кинетики возврата.
Разработана математическая модель кинетики рекристаллизации раскисленной алюминием низкоуглеродистой стали, учитывающая влияние суммарного обжатия при холодной прокатке, концентрацию растворенных в феррите алюминия и азота, частичное снятие наклепа возвратом до начала рекристаллизации, торможение миграции границ зерен дисперсными выделениями A1N в ходе рекристаллизации.
Показана возможность прогнозирования текстуры рекристаллизации в раскисленных алюминием низкоуглеродистых сталях по кинетическим особенностям процесса рекристаллизации, связанным с выделением дисперсных час-
5 тиц нитрида алюминия в ходе рекристаллизации. Уточнен механизм образования текстуры рекристаллизации.
5. В условиях действующего производства выявлены статистически значимые технологические факторы, влияющие на кристаллографическую текстуру тонколистовой стали 08Ю, и проведена количественная оценка их вклада в формирование текстуры.
Практическая ценность работы.
Разработан и программно реализован комплекс математических моделей, позволяющий выполнять расчет фазовых и струкіурньїх превращений при термической обработке тонколистового проката из раскисленных алюминием низкоуглеродистых сталей, прогнозировать структуру, кристаллографическую текстуру и характеристики механических свойств отожженной листовой стали.
Разработаны требования к концентрации алюминия и азота, растворенных в феррите перед отжигом, и режим двухступенчатого рекристаллизационного отжига в колпаковой печи, обеспечивающие высокое качество отожженной листовой стали при снижении энергозатрат на отжиг.
Реализация результатов работы. Модель выделения нитрида алюминия при охлаждении горячекатаной полосы в рулоне внедрена в «Систему прогноза структуры и свойств горячего проката» на стане 2000 ОАО «НЛМК».
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ЛГТУ при изучение студентами специальности «070900 - Физика металлов» дисциплин «Компьютерные технологии в управлении качеством металлов» и «Металлофизика высокопрочных сплавов», а также при выполнение курсовых и дипломных работ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: Международный студенческий форум «Образование, наука, производство» (Белгород, 2004 г.); Международная конференция «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении» (Воронеж, 2004 г.); 2-я Международная научно-техническая конференция «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2005 г.); Международная научно-техническая конференция, посвященная 50-летию Липецкого государственного технического университета «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии» (Липецк, 2006 г.); научно-технический семинар «Бернштейновские чте-
ния» (Москва, 2006 г.), 3-я Международная научно-техническая конференция «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2006 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них две - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и списка литературы из 134 наименований. Диссертация изложена на 152 страницах, включая 59 рисунков, 11 таблиц.
