Введение к работе
Актуальностьработы. Получение металлопродукции с заданным уровнем потребительских свойств при снижении издержек производства и повышение за счет этого ее конкурентоспособности является злободневной задачей любого металлургического предприятия. Актуальна эта проблема и для метизных заводов страны, в частности, для одного из крупнейших предприятий отрасли - ОАО "Белорецкий металлургический комбинат" (ОАО БМК). В последние годы марочный сортамент сталей ОАО БМК претерпел существенные изменения. Резко возрос объем метизов из углеродистых сталей (до 80% от общего выпуска). Это обусловило необходимость совершенствования существующих технологических процессов производства проволоки из углеродистых сталей и изыскания путей снижения ее себестоимости.
Поскольку обеспечение конкурентоспособности выпускаемой продукции представляет собой сложную многоплановую проблему, то для ее решения требуется осуществить комплекс мероприятий по следующим направлениям:
формирование заданных структуры и механических свойств катанки;
управление структурообразованием и механическими свойствами при получении волоченной проволоки;
совершенствование режимов волочения;
реализация мероприятий по снижению себестоимости продукции за счет уменьшения энергоемкости её производства. Исследованию этих вопросов и посвящена настоящая работа.
Цель и задачи исследования. Целью работы являются повышение уровня потребительских свойств и снижение себестоимости проволоки путем совершенствования условий структу-рообразования и процесса формоизменения. Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:
определены основные механические характеристики и параметры структуры в зависимости от деформационных и темле-ратурно-скоростных условий горячей прокатки катанки;
найдены рациональные условия формирования механических свойств волоченной проволоки в зависимости от структурного состояния катанки;
исследованы и улучшены энергосиловые параметры волочения;
выявлены пути снижения энергозатрат при волочении проволоки из углеродистых сталей и ее термообработке.
Научная новизна работы состоит в следующем:
выполнен сравнительный анализ структурного состояния стали для условий деформационного стимулирования превращения в двухфазной области, а также - в отсутствии такого стимулирования; в результате установлено, что в первом случае существенно повышается вероятность образования зародышей феррита в теле зерен аустенита как на межфазных аустенит-фер-ритных границах, так и на иных дефектах кристаллической решетки;
осуществлен выбор феноменологической модели аусте-нит-ферритного превращения и проведена процедура ее адаптации к условиям прокатки углеродистой стали в двухфазной области на стане 150 ОАО БМК;
изучено влияние структурного состояния катанки, формирующегося при ее горячей прокатке в двухфазной области, на процессы структурообразования при волочении и рекристаллиза-ционном отжиге проволоки;
разработана конечно-разностная математическая модель контактных напряжений при волочении, отличающаяся возможностью использования закона упрочнения любого вида, произвольного распределения коэффициента трения по длине рабочей зоны волоки и любой ее геометрии;
исследованы силовые условия процесса волочения при линейном, логарифмическом и найденном законах упрочнения, а также установлено превалирующее влияние на усилие волочения среднего уровня коэффициента трения по сравнению с характером его распределения по длине рабочей зоны волоки;
построена прикладная математическая модель энергозатрат при волочении проволоки и исследованы энергетические показатели процесса волочения в зависимости от основных технологических параметров.
Практическая ценность работы.
предложены температурные режимы горячей прокатки катанки в двухфазной области в чистовом блоке клетей стана 150 ОАО БМК, обеспечивающие измельчение ферритных зерен, уменьшение размеров перлитных колоний и в конечном счете - при волочении и рекристаллизационном отжиге - повышение уровня механических свойств проволоки;
установлены режимы охлаждения катанки с прокатного нагрева, гарантирующие достижение требуемого уровня механи-
ческих свойств с учетом реального разброса содержания углерода, марганца и кремния в стали; по данному техническому решению' подана заявка на изобретение;
определены рациональные по энергозатратам нижние значения диаметров заготовок из разных марок стали для получения проволоки; найдены маршруты волочения, выравнивающие загрузки двигателей по переходам; установлен предпочтительный интервал коэффициентов загрузки;
разработаны рекомендации по снижению энергозатрат при волочении и термообработке проволоки в волочильных цехах.
Реализация работы в промышленности. Результаты диссертационной работы частично внедрены на ОАО "Белорецкий металлургический комбинат". Выполненные исследования позволили внести соответствующие изменения в технологическую инструкцию ТИ 173-ПС-02-352-88 по производству катанки. В результате внедрения в волочильных цехах разработанных предложений значения пределов прочности и текучести для стальной проволоки под холодную высадку повысились 8 среднем на 17% при одновременном увеличении относительного удлинения на 10%; существенно возросла способность образцов выдерживать осадку до 1/4 высоты без трещинообразования. Реализация рекомендаций по снижению энергозатрат позволила снизить их уровень при производстве проволоки из углеродистых сталей в цехах №№ 11, 12 в среднем на 8,4%, улучшить загрузку оборудования.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на Втором конгрессе прокатчиков (Череповец, 1997 г.); на Второй международной научно-технической конференции «Проблемы пластичности в технологии» (Орел, 1998 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии - 98 (Москва, 1998 г.); на Международной традиционной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий» (Волгоград, 1999 г.); на техническом совете ОАО "БМК" (Белорецк, 1999 г.); на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ в 1997-99 гг.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 1 монографии, 12 научных статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы, включающего 100 на-
именований, и 4 приложений. Работа содержит 138 страниц машинописного текста, 33 рисунка, 21 таблицу.