WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Денисов Сергей Владимирович

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ, СОЗДАНИЕ И

РЕАЛИЗАЦИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОКАТКИ

НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЬНЫХ ПОЛОС И ЛИСТОВ С

ПОВЫШЕННЫМИ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

 

Магнитогорск - 2009 

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

  Научный консультант Заслуженный деятель науки и

техники РФ

доктор технических наук, профессор

Салганик Виктор Матвеевич. 

  Официальные оппоненты:  доктор технических наук, профессор

Мухин Юрий Александрович;

доктор технических наук, профессор

Выдрин Александр Владимирович; 

доктор технических наук, профессор

Гун Игорь Геннадьевич.

 

 

  Ведущая организация  ГОУ ВПО «Южно-Уральский

государственный университет»

(г. Челябинск).

Защита состоится  «16»  июня 2009 г.  в 15-00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.111.01 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан «___» марта  2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета  В.Н. Селиванов

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Среди приоритетных направлений развития экономики России в ХХI веке важное место отводится ускоренному освоению уникальных месторождений нефти и газа, а также развитие наукоемких отраслей промышленности, таких как автомобилестроение.

Интенсивное развитие промышленного производства в нашей стране и за рубежом, особенно в таких развивающихся странах, как Китай, Индия, Бразилия и др. требует большого количества энергоносителей, прежде всего природного газа и нефти. В Российской Федерации большие запасы этих энергоносителей значительно удалены от потребителей, так как находятся в труднодоступных районах Севера, Западной Сибири и арктическом шельфе. Ясно, что в связи с этим потребность в трубах как основном средстве транспортировки газа и нефти велика и в ближайшие годы будет только возрастать.

Соответственно будет растущей и потребность в трубных заготовках, получаемых из низколегированных сталей путем их контролируемой горячей прокатки на широкополосных и толстолистовых станах. Такой прокат относится к высокотехнологичным видам продукции, к которой потребители предъявляют высокие требования по достижению сложного комплекса свойств. Этот комплекс включает регламентируемые показатели пластичности и прочности, ударной вязкости и хладостойкости, свариваемости и др. Задавая указанный комплекс свойств и постоянно повышая их регламентируемые уровни, потребители стремятся получить значительную надежность трубопроводов при экономии металла и снижение стоимости строительства. В частности, последнего достигают путем повышения давления в трубах (в газовых – до 100 – 200 атм вместо традиционных 75 атм, в нефтяных до 75 – 100 вместо 55), снижения толщины стенки и другими методами. Соответственно повышаются требования к трубам по прочности до 565 Н/мм2 (К65), ударной вязкости (до 250 Дж/см2 при -20 0С) и др.

В последнее время потребители вынуждены были дополнить и без того широкий комплекс нормируемых показателей для трубных заготовок новыми, которые характеризуют коррозионную стойкость. Такая необходимость возникает и при транспортировании нефти из труднодоступных районов, где для пластовых вод характерно наличие агрессивных компонентов, и при использовании подводных морских трубопроводов (например, газопровод по дну Балтийского моря или через Черное море в Турцию и Болгарию). Для повышения срока службы трубопроводов в условиях коррозионных воздействий идут даже на такую затратную меру, как увеличение толщины стенки (40 мм и более).

Необходимость решения антикоррозионной проблемы требует создания сложных композиций химического состава стали и специальных режимов ее контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением. При этом следует получить вместо традиционной для трубных сталей феррито-перлитной структуры со средним размером ферритного зерна ~ 5 мкм более мелкую феррито-бейнитную со средним размером бейнитного зерна ~ 1 мкм.

Современное совершенствование производства листовой стали для автомобилестроения определяет такие важные тенденции в развитии этой отрасли, как снижение массы кузова автомобиля, повышение его безопасности и комфортабельности, сохранение приемлемого уровня цен.

Реализация указанных тенденций возможна путем решения задачи производства высокопрочного листового проката с категорией прочности, определяемой величиной предела текучести для проката толщиной 1,5 - 16,0 мм.

В связи с этим целью настоящей работы являлось получение проката различного назначения с требуемым  комплексом потребительских свойств из низколегированных сталей новых марок.

Для реализации сформулированной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

  • разработка комплексной методологии проектирования новых технологий с помощью специализированной  исследовательской системы (СИС);
  • моделирование напряженно-деформированного состояния металла при горячей прокатке, в том числе, с учетом наличия и поведения поверхностных трещин;
  • экспериментальные пластометрические исследования сопротивления деформации низколегированных марок стали с изучением процессов рекристаллизации и разупрочнения;
  • разработка нейросетевой модели и изучение  формируемых механических свойств проката в зависимости от температурно-деформационных режимов прокатки на широкополосных станах;
  • применение комплексной методологии для создания  пакета новых технологий получения низколегированного высокопрочного проката;
  • опробование и внедрение разработанных технологий в практику работы широкополосных станов горячей прокатки.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Создана комплексная методология разработки технологий контролируемой прокатки низколегированных сталей новых марок с достижением уникального сочетания потребительских свойств, отличающаяся тем, что реализуется применением специализированной исследовательской системы (СИС).

2. Создана нейросетевая модель формирования механических свойств проката, отличающаяся тем, что процесс ее обучения выполнен на новых числовых массивах, описывающих температурно-деформационные режимы контролируемой прокатки современных низколегированных сталей на широкополосных станах.

3. Разработана математическая модель напряженно-деформированного состояния металла при горячей прокатке, отличающаяся учетом наличия поверхностных трещин и описанием их поведения при формоизменении.

4. Установлены новые зависимости сопротивления деформации низколегированных сталей (05Г1Б, Х70, 10Г2ФБ, Х65) от основных условий контролируемой прокатки – марки стали, температуры металла, степени и скорости деформации, протекания процессов разупрочнения, длительности междеформационной паузы.

5. Определены рациональные параметры деформирования полос в черновой стадии прокатки,  отличающиеся учетом длительности междеформационной паузы.

6. Установлены закономерности формирования в металле  при его охлаждении после контролируемой прокатки структуры хладостойких и высокопрочных сталей, содержащих в качестве основных легирующих элементов углерод в количестве 0,04-0,07% и марганец 1,3-1,6%, а также дополнительные легирующие элементы Ti, V, Nb, Mo и др.

Практическая значимость работы состоит в следующем.

1. Создана возможность отыскания с применением указанной выше СИС для конкретных условий прокатки и заданной продукции основных технологических параметров (режимов) процесса:

- композиции химического состава стали;

- температурно-деформационных параметров;

- скоростных режимов;

- энергосиловых параметров.

2. Использование разработанной СИС позволило усовершенствовать процесс контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением, что отражено в  ТИ 101-Я-508-2009 «Производство газонефтепроводных труб», ТИ 101-П-ГЛ10-374-2004  «Горячая прокатка полос на стане «2000» горячей прокатки», ТИ 101- П - ГЛ4 - 71 - 2008 «Горячая прокатка полос на стане «2500» горячей прокатки» и ВТИ 101- П – ГЛ9 - 2 – 2009 «Горячая прокатка листов на стане «5000»».

3. Освоено производство разнообразного рулонного проката новых размеров из низколегированных сталей новых марок для изготовления труб и автомобилестроения. В частности, впервые в РФ разработаны и освоены технологии получения на ШСГП полос из низколегированных сталей толщиной 16,1-20 мм.

4. В результате ОАО «ММК» повысило конкурентоспособность выпускаемой продукции на рынке высокопрочных сталей и вышел на мировые рынки высокотехнологичной наукоемкой продукции. Химический состав новых сталей и технологии их производства защищены 8 патентами РФ.

Всего в рамках представленной работы освоено более 30 новых видов проката в ОАО «ММК». Прокатано на широкополосных станах 2000 и 2500 более 200 тысяч тонн такого металла, в том числе стали новых марок: 05Г1Б, Х70, Х65, S420MC и др. Экономический эффект от внедрения результатов работы в промышленности составил более 160 млн. рублей в год. Доля данной работы в достигнутом эффекте – 30%.

Апробация работы. Представленная диссертационная работа выполнялась более 7 лет. Соответственно ее основные положения и результаты доложены и обсуждены на многочисленных научно-технических конференциях, конгрессах и семинарах различного уровня. Наиболее значимые из них следующие: конгрессы прокатчиков в 2002, 2005, 2007 гг. в г. Магнитогорск, Липецк, Москва, международные конференции – «Трубы 2005, 2006, 2007 и 2008гг.» в г. Челябинске, школы-семинары «Фазовые и структурные превращения в сталях» в 2004, 2006, 2008гг. в г. Магнитогорске, ежегодные научно-технические конференции № 64-66 в г. Магнитогорске, I международная научно-практическая конференция «ИНТЕХМЕТ-2008» в 2008г. в г. Санкт-Петербург, международные конференции «Современные тенденции разработки и производства сталей и труб для магистральных газонефтепроводов», «Современные требования и металлургические аспекты повышения коррозионной стойкости и других служебных свойств углеродистых и низколегированных сталей» в 2008г. в г. Москва и др.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 34 печатных работах, среди которых монография, 25 статей (из них 12 в рецензируемых изданиях по перечню ВАК), 8 патентов на новые стали и способы их производства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 322 наименования и 12 приложений. Работа изложена на 352 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 59 таблиц.

Основное содержание работы

В первой главе был проведен литературный обзор существующих способов производства низколегированного проката для получения труб большого диаметра и автомобилестроения, применяемых в металлургической промышленности. При изучении работ Гуляева А.П., Гладштейна Л.И., Пикеринга Ф.Б., Полухина П.И., Клименко В.М., Бровмана М.Я., Полухина В.П.,  Фонштейн Н.М., Литвиненко Д.А., Зикеева В.Н., Голованенко С.А., Матросова Ю.И., Погоржельского В.И., Перельмана Л.Д., Хайстеркампа Ф., Хулки К., Mohrbacher H., De Ardo A.J.,  Морозова Ю.Д., Эфрона Л.И., Шабалова И.П., Коцаря С.Л., Белянского А.Д., Мухина Ю.А., Шафигина З.К., Гуркалова П. И. и др., посвященных данной тематике, а также опыта ведущих металлургических заводов России, СНГ  и других стран мира отмечено, что среди многообразия способ производства низколегированного проката, используемого для производства труб большого диаметра и автомобилестроения, наиболее перспективным является контролируемая прокатка с последующим ускоренным охлаждением.

Развитие металлургической промышленности в России и за рубежом в последнее время в большой степени определяется потребностями двух самых металлоемких отраслей – автомобилестроение и нефтегазовый комплекс.

В настоящее время протяженность магистральных газопроводов России составляет приблизительно 150 тыс. км, а их металлоемкость примерно 50 млн. т труб.

По оценкам ОАО «Газпром», потребность в трубах большого диаметра в ближайшие годы может достигнуть 4,0 млн.т в год для строительства новых газопроводов и до 400 тыс. т для ремонта существующих.

Для закупки такого количества труб на Западе или на Украине Российской Федерации ежегодно понадобится  по самым скромным подсчетам до 8 млрд. дол. США. Эти денежные средства необходимо оставить в Российской Федерации. Для этого требуется разработать технологию производства штрипса из низколегированных марок стали на существующих в Российской Федерации станах требуемой толщины и ширины.

Надежность трубы – это прежде всего реализация высоких требований к качеству металла, потребительские свойства которого определяются его химическим составом и технологией производства. За  последние 40 лет требования к материалу полос из которых изготавливаются трубы существенно возросли, что вынуждает технологов радикально совершенствовать химический состав стали и технологические процессы для получения новых видов продукции. Среди многообразия способов производства штрипсов, используемых для производства труб большого диаметра, наиболее перспективным является контролируемая прокатка с последующим ускоренным охлаждением (КП+УО).

Для производства современных автомобилей используется прокат различных категорий прочности. Применение высокопрочных марок стали дает возможность сбалансировать противоречия между необходимостью снижения веса автомобиля и повышения его безопасности.

После многолетнего эволюционного пути наиболее востребованными являются высокопрочные низколегированные стали (HSLA), отличающиеся пониженным содержанием углерода, добавками элементов, повышающих устойчивость аустенита для формирования феррито-бейнитной микроструктуры (Mo, Cr, Ni, Cu) и комплексным микролегированием Ti+Nb+V. Для обеспечения мелкого зерна используется технология КП+УО, характеризующаяся значительными обжатиями (деформациями).

Для разработки технологий контролируемой прокатки полос и листов из новых марок стали возможно использование известных подходов и методик. Анализируя представленную в литературе информацию, можно отметить, что для этих целей компании и исследовательские центры применяют различные методы. Их можно укрупнено классифицировать по 2 видам.

Первый вид разработки новых технологий можно отнести к чисто эмпирическим. Он опирается на сведения, полученные путем анализа литературных данных, и собственный опыт производства аналогичной продукции.

Второй вид предусматривает использование расчетного анализа на основе моделирования некоторых аспектов разрабатываемого процесса. При этом широко используют как статистические подходы с получением регрессионных моделей, так и феномологические с использованием аналитических моделей. Первый тип моделей, как правило, применяют  для описания связей «технологические параметры процесса – механические свойства продукции», второй вид - для оценки энергосиловых параметров, причем на уровне инженерных методик.

Вторая глава посвящена разработке специальной исследовательской системы (СИС), включающей пять блоков.

При использовании станов горячей прокатки важное значение имеет наличие достоверного количественного описания явлений, характеризующих технологические процессы. Однако получение такой информации сопряжено со значительными трудностями. Эти трудности вызваны наличием многофакторной связи между параметрами формоизменения, энергосиловыми и другими параметрами, а также одновременным протеканием наряду с пластическим деформированием таких сложных процессов, как формирование микроструктуры – рост зерна, рекристаллизация, выделение карбонитридов, фазовые превращения и физико-механических свойств металла, трансформация дефектов слябов в дефекты на поверхности проката и др. Указанные факторы и процессы, оказывая взаимное влияние друг на друга, требуют системного подхода к их расчетному описанию и исследованию.

В то же время в практике создания эффективных технологий уже отработан ряд приемов, методик и моделей, которые позволяют обосновано оценить и достоверно прогнозировать различные аспекты создания технологического процесса. В связи с этим, по нашему мнению, актуальна и правомочна постановка важной задачи построения специальной исследовательской системы (СИС), позволяющей анализировать действующие технологические процессы и синтезировать новые.

Указанная система может включать следующие блоки:

- во-первых, блок в виде вязко-пластической конечно-элементной модели для слабосжимаемой среды, позволяющий детально описывать напряженно-деформированное состояние металла в очаге деформации при прокатке;

- во-вторых, блоки, реализующие известные методики расчета параметров прокатки – деформационных, температурно-скоростных, энергосиловых и др;

- в-третьих, статистические модели, создаваемые на базах фактических данных о влиянии химического состава стали, характеристик оборудования, технологических параметров при нагреве, прокатке и охлаждении полос на достижение требуемого комплекса механических свойств; среди таких моделей особенно перспективными являются построенные на основе использования искусственных нейронных сетей.

Перечисленные модели фактически являются продуктом использования научного базиса совершенствования действующих и проектирования новых технологий. Однако реальное состояние этого базиса и возможностей моделирования таковы, что не позволяют полностью формализовать (алгоритмизировать) творческий процесс создания технологий. В укрупненной структуре соответствующей исследовательской системы содержится ряд «белых пятен» - неформализованных блоков, не имеющих строгого математического описания. Это выбор композиции химического состава стали, этапов контролируемой прокатки, частных обжатий по клетям, диапазона начала прокатки в области нерекристализованного зерна, схемы охлаждения проката и т.д.

Ответы на вопросы, которые ставят неформализованные блоки, могут быть получены на основе предшествующего опыта и аналогий с элементами интуиции, экспертных методов, результатов экспериментов и других приемов не строгих оценок. Ясно, что такого рода оценки не могут быть однозначными. Это предопределяет многовариантность создаваемых технологий в целом.

Несмотря на отмеченные трудности, формирование и использование исследовательской системы сопряжено со следующими достоинствами:

полное и адекватное использование научного базиса для моделирования процессов;

явное представление неформализуемых блоков, их задач и разработка эффективных приемов нестрогих оценок;

получение в итоге требуемой технологии в целом в многовариантном виде.

Указанная совокупность блоков и моделей, применяемых в сочетании, способна ответить как на вопросы анализа, так и синтеза (проектирования) технологического процесса. При этом в первом случае на основании данных, характеризующих процесс, делается прогноз микроструктуры и механических  свойств проката. Во втором случае решается важная обратная задача – по требуемым показателям механических свойств отыскиваются параметры технологического процесса, которые позволят их достичь.

Таким образом, для получения научно обоснованных решений сложных задач совершенствования действующих и построения новых технологий следует сформировать и использовать специальную исследовательскую (инжиниринговую) систему.

Укрупненная структура исследовательской системы (включающая в себя пять блоков) представлена на  рис. 1.

Одной из сильных тенденций развития металлургии является поиск таких композиций химического состава сталей и режимов их контролируемой прокатки (термомеханической обработки), которые бы обеспечили достижение сложного комплекса свойств готового проката.

В связи с указанным поставили проблему формализации проектирования технологических режимов контролируемой прокатки или создания СИС процесса такого проектирования. При создании и использовании СИС следует иметь ввиду, что на каждом этапе ее работы возможен различный уровень формализации и алгоритмизации рассматриваемых процессов. Анализ показал, что в различных случаях может иметь место как сочетание формализуемой части этапа с неформализуемой, так и их альтернативное применение. Формализуемую часть можно описать с помощью пакета соответствующих алгоритмов. В него входят: конечно-элементная модель напряженно-деформированного состояния и образования, развития трещин, нейросетевые модели – прямая и обратная, комплекс инженерных методик расчета технологических параметров, степенные функции описывающие сопротивление деформации новых марок стали на основе пластометрических исследований, анализ и описание фазовых превращений в сталях с помощью термокинетических диаграмм. Неформализуемая часть предусматривает подходы - оценочный, экспертный, экспериментальный и другие, - которые можно отнести к методам нестрогих оценок.

Следует сделать важное дополнение. Многократное использование неформализуемой части конкретного этапа ведет к постепенному накоплению информации, которая в определенный момент дает возможность перевести эту часть в формализуемую. Например, обширная информация, полученная в неформализованной части, может стать основой построения соответствующей нейросетевой модели. В дальнейшем эта модель позволяет формализовать последующие разработки. Таким образом, устраняется одно из «белых пятен». Иными словами, многократный анализ «белого пятна» позволяет его устранить.

Актуальность СИС заключается в том, что она должна позволить с меньшими затратами труда и времени и большей точностью построить и количественно описать требуемую совокупность процессов. Ясно, что для ее создания нужно привлечь известный комплекс наиболее адекватных реальным процессам математических моделей (см. выше), а в случае наличия «белых пятен» заполнить их требуемыми новыми знаниями с использованием методов нестрогих оценок.

Стратегия применения СИС проектирования режимов может быть следующей. Сигналом на решение задачи являются запросы потребителей металлопродукции о возможности производства того или иного сортамента на существующем оборудовании. Первоначально оценивается возможность решения указанной задачи с применением ранее разработанных технологий. Если такая возможность отсутствует, то включаем в работу ту структурную часть СИС, которая направлена на отыскание новых технологических режимов. С помощью этой части разрабатываем композицию химического состава проката и требуемый температурно-деформационный режим прокатки с учетом характеристик и компоновки оборудования стана горячей прокатки. При этом прежде всего на основе опыта, результатов экспериментов или с помощью нейросетевой модели (решаем обратную задачу) определяем возможные композиции химического состава стали, которые смогут обеспечить выполнение требований потребителя к свойствам готового проката. Далее на основе опыта, результатов экспериментов и с использованием теоретических и технологических знаний отыскиваем возможные и необходимые стадии контролируемой прокатки. Применяя информацию, полученную на основе исследований на дилатометре, пластометре или соответствующие нейросетевые модели (для обратной задачи), находим конкретные температурно-деформационные параметры прокатки в соответствии с заданными механическими свойствами получаемого проката.

При наличии требований по расположению дефектов поверхности проката (плены, трещины) от кромки проводим с помощью упомянутой выше конечно-элементной модели анализ возможности удовлетворения этих требований. В ходе такого анализа определяется режим обжатий по клетям черновой группы стана, способствующий минимизации распространения дефектов поверхности от кромки полосы.

Затем находим режим частных обжатий по клетям, диапазон начала прокатки полос в области нерекристализованного зерна, схемы охлаждения проката и т.д. на основе литературных данных, опыта, результатов экспериментов и т.п. По известным методикам проводим расчет энергосиловых параметров контролируемой прокатки на конкретном стане. При загрузке оборудования стана на уровне до 85% допустимой найденные температурно-деформационные режимы могут быть приняты к опробованию. При невозможности осуществления предлагаемого процесса определяют такие изменения его параметров, которые сделают этот процесс осуществимым.

Далее проводим анализ достигаемых механических свойств проката с использованием нейросетевого моделирования прямой задачи. Находим те диапазоны показателей механических свойств, которые могут быть обеспечены в данном случае (при данной композиции химического состава стали, на существующем оборудовании в условиях найденных температурно-деформационных режимов прокатки). Если эти диапазоны отвечают требуемым, то спроектированная технология может быть принята к опробованию. Если же искомые диапазоны выходят за рабочие пределы нейросетевой модели, то необходимо перейти в режим неформализованных оценок. Для этого, в частности, можно провести опытные прокатки полос выбранной композиции стали по предложенным параметрам прокатки и охлаждения. При невозможности достижения требуемого уровня свойств проката следует изменить композицию химического состава стали с учетом «узких мест» стана и снова запустить СИС в работу.

Апробацию разработанной СИС провели в условиях станов 2000 и 2500 г.п. ОАО «ММК» расхождение теоретических и практических данных по энергосиловым параметрам прокатки составляет 10-15 %, а полученные механические свойства готового проката  соответствовали требованиям потребителей. Это свидетельствует о хорошей сходимости результатов и возможности использования СИС.

В третьей главе разработана математическая модель напряженно-деформированного состояния металла при горячей прокатке, отличающаяся учетом наличия поверхностных трещин и описанием их поведения при формоизменении.

В процессе горячей прокатки на поверхности стальных полос обнаруживаются дефекты различной формы. Такие дефекты не только снижают качество готового проката, но и становятся причиной растрескивания и разрушения материала в последующих процессах производства продукции. Наличие поверхностных дефектов проката в значительной мере связано с нарушениями технологии сталеплавильного и литейного производств. Готовый прокат из низколегированных марок стали предназначен в основном для изготовления сварных труб, поэтому расположенные на большом расстоянии от кромок трещины весьма нежелательны из-за особенностей подготовки кромок под сварку труб.

Таким образом, представляет интерес исследование механизма формоизменения сляба с дефектами поверхности. Для этого необходимо решить следующие задачи: разработать математическую модель для процесса горячей прокатки слябов с нарушениями сплошности на боковых гранях; провести лабораторное исследование особенностей формоизменения слябов при черновой прокатке; проверить адекватность разработанной математической модели; провести моделирование поведения поверхностных трещин при формоизменении полос.

При математическом моделировании процесса горячей прокатки сляба использовался конечно-элементный подход. Представленный метод сформулирован на основе теории пластичности слабосжимаемых материалов в постановке К. Мори и К. Осакада. 

(1)

где         – девиатор напряжений;

        – малая положительная константа (0,01-0,0001);

        – гидростатическое напряжение;

        – интенсивность напряжений.

Конечно-элементная математическая модель дополнена возможностью прогнозирования образования и развития трещин с использованием критерия В.Л. Колмогорова в виде (2) или (3) в зависимости от условий задачи и принимаемых допущений.

 

(2)

где  Ψ - скалярная мера поврежденности

 

(3)

где G, α, β – некоторые опытные константы материала, подвергаемого пластической деформации.

Для изучения особенностей поведения поверхностных трещин в черновых клетях, требуется, прежде всего, знание общих закономерностей формоизменения. Тогда, основываясь на этих закономерностях, поведение дефектов проще исследовать. Для изучения таких особенностей в первых черновых клетях, где учет последующего влияния трещин наиболее важен, провели специальные лабораторные опыты. В них использовали свинцовые образцы, являющиеся аналогами непрерывнолитых слябов. При этом решали две основные задачи:

выявление наиболее существенных характеристик формоизменения в условиях, аналогичных черновой прокатке;

получение тех же характеристик расчетным путем с использованием специально построенной математической модели для проверки ее адекватности и последующего применения в многовариантных исследованиях.

Проверку адекватности разработанной математической модели проводили по опытным данным формоизменения свинцовых слябов с размерами поперечного сечения 30180 мм с коэффициентом подобия 8,33.

Таким образом, используя данные лабораторного исследования, проверили адекватность разработанной математической модели (см. табл. 1).

Таблица 1

Сравнение экспериментальных данных с расчетными

Параметр

Эксперимент

Расчет МКЭ

Отклонение, %

Высота наплыва, мм

4,7

5,0

6,4

Протяженность наплыва, мм

35,0

38,0

8,6

Утолщение на контакте с валками, мм

4,1

4,5

9,8

Дополнительное уширение, мм

3,0

3,2

7,4

Естественное уширение, мм

1,20

1,31

9,2

В итоге модель показала высокую сходимость результатов по толщине приконтактных наплывов и расположении их от края образцов. Отклонение расчетной толщины наплыва от опытной составляет 6,4%. Относительная погрешность при определении дополнительного уширения не превышает 7,4%, при определении естественного уширения – 9,2%.

Моделирование процесса деформации сляба с поперечной трещиной на боковой грани проводили методом конечных элементов с использованием феноменологической модели накопления повреждений и разрушения В.Л. Колмогорова. Исследование проводили на основе разработанной модели для материала сталь Х70.

Степень использования запаса пластичности в данной области по критерию В.Л. Колмогорова больше единицы, что говорит о том, что возможен дальнейший рост уже имеющейся трещины (см. рис. 2).

Рис. 2 –  Степень использования запаса пластичности в области трещины

При деформации сляба в вертикальных валках чернового окалиноломателя с гладкой бочкой происходит образование мощных наплывов в прикромочной зоне. Металл смещается преимущественно в вертикальном направлении. Далее, в процессе прокатки в горизонтальных валках развивается значительное уширение раската. При этом происходит переход металла с боковых граней на контактную поверхность с горизонтальными валками. Величина перехода металла с каждой боковой грани составляет 7 мм при использовании вертикальных валков с гладкой бочкой.

Особенности формоизменения раската при последовательном обжатии в вертикальных калиброванных валках и горизонтальных валках клети дуо. При использовании калиброванных валков происходит смещение наплывов в направлении середины раската. Высота наплывов значительно меньше, чем при использовании вертикальных валков с гладкой бочкой. При этом перемещение металла боковых граней в вертикальном направлении невелико, т.е. калибр способствует удержанию дефектов сляба в прикромочной зоне. Далее, при обжатии в горизонтальных валках развивается уширение раската. Однако, оно значительно меньше, чем по первому варианту прокатки. Величина перехода металла с боковых граней сляба на основные поверхности раската при использовании калиброванных валков чернового окалиноломателя составляет менее 3 мм.

С целью снижения дефектообразования при производстве проката из трубных марок стали был разработан режим обжатий горизонтальными валками в черновой группе ШСГП 2000. Особенностью предложенного деформационного режима являются сниженные на 3 – 5% обжатия в первых трех клетях с горизонтальными валками черновой группы (табл. 2).

Таблица 2

Деформационный режим прокатки в первых клетях черновой группы

полос из трубных марок стали (Х65, Х70)

Толщина
полосы, мм

Ширина

полос, мм

Обжатие в
клети ДУО, %

Обжатие в клети №2, %

Обжатие в
клети №3, %

6,0 - 7,99

900-1200

14 - 16

19 - 21

23 - 25

6,0 - 7,99

1201-1830

14 - 16

21 - 23

25 - 27

8,0 - 9,99

900-1200

14 - 16

16 - 18

19 - 21

8,0 - 9,99

1201-1830

14 - 16

20 - 22

25 - 27

10,0 – 11,99

900-1200

14 - 16

16 - 18

19 - 21

10,0 – 11,99

1201-1830

14 - 16

19 - 22

23 - 25

12,0 - 13,99

900-1200

14 - 16

16 - 18

19 - 21

12,0 - 13,99

1201-1830

14 - 16

19 - 21

23 - 25

14,0 - 14,99

900-1200

14 - 16

16 - 18

19 - 21

14,0 - 14,99

1201-1830

14 - 16

19 - 21

23 - 25

15,0 - 16,0

900-1200

14 - 16

16 - 18

19 - 21

15,0 - 16,0

1201-1830

14 - 16

19 - 21

23 - 25

На основании  результатов, полученных при математическом моделировании, сформулированы следующие предложения по усовершенствованию процесса черновой широкополосной прокатки:

ограничить неравномерность нагрева слябов по толщине величиной не более 20 – 40  0С;

применять в вертикальном окалиноломателе калибр с выпуклым дном;

производить формоизменение в горизонтальных валках черновой группы при значениях фактора формы на уровне 0,5 для клети ДУО; 0,7 – для универсальной клети №1; 1,0 – для универсальной клети №2. Режим обжатий при данных параметрах позволяет уменьшить перемещение дефектов от кромок на 12 мм.

В четвертой главе получены регрессионные уравнения для определения сопротивления деформации, характеризующиеся высокой достоверностью, позволяющие вести расчёт энергосиловых параметров прокатки сталей с высокой точностью.

Одним из наиболее важных этапов разработки новых и совершенствования существующих технологических режимов контролируемой прокатки является расчёт энергосиловых параметров процесса и прочностных параметров прокатного оборудования. Для этого необходимы сведения о сопротивлении деформации σsc прокатываемых сталей в зависимости от температуры, скорости и степени деформации.

На кулачковом пластометре для получения зависимостей, отображающих реологические свойства сталей 05Г1Б, 10Г2ФБ, X65 и X70, провели испытания цилиндрических образцов на сжатие.

Результаты испытаний обработали с использованием стандартных методов математической статистики. Аппроксимация обеспечила точное соответствие между расчётными и экспериментальными данными.

Окончательно получили следующие зависимости для сталей:

05Г1Б  σsc=2312 uc0,1 ε10,1672 exp(-0,00296t);  (4)

R2=0,976; Fр= 1003,031; F0,95=1,666;

10Г2ФБ σsc=2373 uc0,1267 ε10,1174 exp(-0,00311t); (5)

R2=0,951; Fр= 559,913; F0,95=2,021;

X70  σsc=1530 uc0,1019 ε10,1344 exp(-0,00253t);  (6)

R2=0,972; Fр= 983,051; F0,95=2,021;

X65  σsc=3008 uc0,0972 ε10,1944 exp(-0,0032t);  (7)

R2=0,96; Fр= 709,337; F0,95=2,021.

В большинстве случаев, рассчитывая усилия при горячей прокатке, допускают, что перед каждым новым проходом происходит полное разупрочнение металла полосы (за время прохождения межклетевого промежутка между соседними клетями непрерывной группы). Однако разупрочнение можно считать полным при расчётах усилия прокатки на толстолистовых станах и в черновых клетях широкополосных станов. В клетях чистовой группы широкополосных станов при уточнённых расчётах необходимо учитывать неполное разупрочнение металла полосы. С учётом разупрочнения получили несколько иные зависимости, позволяющие рассчитать сопротивление деформации сталей:

05Г1Б  σsc=2631 uc0,0998 ε10,2305 ε1-0,1632 ε1 exp(-0,00296t);  (8)

R2=0,978; Fр= 880,733; F0,95=1,666;

10Г2ФБ  σsc=2380 uc0,1267 ε10,119 ε1-0,0041 ε1 exp(-0,00311t);  (9)

R2=0,951; Fр= 415,163; F0,95=2,021;

X70  σsc=1674 uc0,1014 ε10,1733 ε1-0,1058 ε1 exp(-0,00254t);  (10)

R2=0,972; Fр= 733,979; F0,95=2,021;

X65 σsc=3429 uc0,0992 ε10,2519 ε1-0,1841 ε1 exp(-0,0032t); (11)

R2=0,962; Fр= 536,778; F0,95=2,021.

В полученных зависимостях главные элементы представлены в следующих единицах измерения: t (0C), U (1/c), ε(в долях).Так как рассчитанное число Фишера Fр больше табличного F0,95 для всех уравнений, то последние с доверительной вероятностью 95% являются статистически надёжным отображением зависимости сопротивления деформации сталей 05Г1Б, 10Г2ФБ, X70, X65 от термомеханических параметров с учётом разупрочнения и без него.

Представляет интерес получение сведений о кривых упрочнения материала прокатываемых сталей в зависимости от температуры, скорости, степени деформации и междеформационной паузы. Обработали полученные данные на пластометре с использованием стандартных методов математической статистики. Вид математической зависимости выбран, исходя из необходимости получения максимально точного соответствия между расчётными и экспериментальными величинами. В конечном счете, получили следующие зависимости сопротивления деформации стали (с учетом междеформационных пауз):

05Г1Б  σsc=1,268 tп-0,987 2312 uc0,1 ε10,1672 exp(-0,00296t);  (12)

  R2=0,961; Fр= 759,313; F0,95=2,021;

X70  σsc=1,223 tп-0,966 1530 uc0,1019 ε10,1344 exp(-0,00253t);  (13)

  R2=0,97; Fр= 509,737; F0,95=2,021.

Так как рассчитанное число Фишера Fр больше табличного F0,95 для всех уравнений, то последние с доверительной вероятностью 95% являются статистически надёжным отображением зависимости сопротивления деформации сталей 05Г1Б и X70 от термомеханических параметров с учётом времени междеформационной паузы.

Фактические кривые упрочнения по результатам экспериментов для сталей 05Г1Б, Х70 обработали по методике Ямомото и с помощью анализа микроструктуры полученных образцов.

В результате промышленных исследований были получены следующие данные, подтверждающие результаты исследований на пластометре: при температурах 950 – 1100 0С обжатия рационально выдерживать в диапазоне от 15 до 25 %.

В пятой главе разработана нейросетевая модель прогнозирования механических свойств проката из низколегированных марок стали и представлены инженерные методы расчетов которые используются в финишном блоке СИС (№5) для проверки загрузки рабочих клетей и реализуемости разработанной технологии.

Рассмотрели ряд основных парадигм нейронных сетей, успешно применяемых для решения задач регрессии. Предварительно определились с выбором входных и выходных параметров, так как их количество существенно влияет на выбор типа нейронной сети.

Для решения задач прогнозирования наиболее подходит нейронная сеть на основе многослойного персептрона.

Нейронные сети применили для решения двух типов задач – прямой и обратной. Прямая задача предназначена для моделирования воздействия технологических параметров на механические свойства. Обратная задача используется для отыскания при помощи искусственных нейронных сетей технологических параметров производства проката при заданном химическом составе стали, размере проката (толщине) и комплексе механических свойств горячекатаного проката.

В результате исследования была выбрана оптимальная сеть с минимальными значениями ошибок. Структура нейронной сети (для решения прямой задачи) представлена на рис. 3.

Рис. 3. Структура нейронной сети для решения прямой задачи по

определению предела текучести

Результаты тестирования работы нейросетевой модели показали на всем множестве значений высокую адекватность – отклонение расчетных величин от фактических для предела текучести не превышает  8 %, для KCV-20 составляет менее 12%, а для временного сопротивления разрыву – менее 7,5%.

Задачи прогнозирования в пакете ST Neural Networks можно решать с помощью сетей следующих типов: многослойный персептрон, радиальная базисная функция, обобщенно-регрессионная сеть. Для решения таких задач наиболее подходит сеть на основе многослойного персептрона. В решении задачи прогнозирования температур конца прокатки и смотки полосы в рулон наилучшие результаты показала MLP-сеть. Структура нейронной сети для решения обратной задачи представлена на рис. 4.

Рис. 4. Структура нейронной сети для решения обратной задачи по

определению температурных режимов прокатки

Результаты тестирования работы нейросетевой модели показали на всем множестве значений высокую адекватность – отклонение расчетных величин от фактических для температуры после 6-ой клети не превышает  3%, для температуры конца прокатки составляет менее 2%, а для температуры смотки – менее 4%. В реальных металлургических процессах неизбежно существуют возмущающие воздействия, такие как колебания химического состава стали в пределах заданной марки, отклонения температурно-деформационных режимов производства. Такие колебания приводят к изменению механических свойств горячекатаного листового проката.

Анализ влияния химического состава и режимов прокатки на механические свойства проката проведен на примере стали марки Х70. Моделирование проводили при следующих технологических параметрах: толщина раската – 41,0 мм; конечная толщина – 12,7 мм; температура на выходе из 6-ой клети – 1020 0С; температура конца прокатки – 800 0С; температура смотки – 560 0С.

Некоторые результаты исследования влияния технологических параметров прокатки на механические свойства стали Х70 представлены на рис. 5 и 6.

Рис. 5. Влияние температуры смотки на механические
свойства проката из стали Х70

При производстве трубных сталей существует проблема получения нормируемого значения показателя σТ/σВ (0,90). Так, например, при данном химическом составе стали Х70 (табл. 5.1) и при заданных параметрах прокатки (табл. 5.2) значение показателя σТ/σВ равно 0,89. С уменьшением температуры конца черновой прокатки с 1020 до 933 0С данный показатель увеличивается до 0,98, а при увеличении температуры до 1060 0С – уменьшается до 0,88 при прочих равных условиях.

При понижении температуры конца прокатки с 800 до 740 0С показатель σТ/σВ увеличивается до 0,95, а при повышении температуры до 850 0С – уменьшается до 0,87.

При понижении температуры смотки с 560 до 510 0С показатель σТ/σВ уменьшается до 0,81, при повышении температуры до 630 0С – уменьшается до 0,83.

Это объясняется формированием различных структурных составляющих и их разными долями, что вызывает изменение вида диаграммы растяжения.

Рис. 6. Влияние содержания серы (%) и температуры смотки
на ударную вязкость проката из стали Х70

Из анализа данного графика также следует, что с целью получения требуемых значений ударной вязкости при различном содержании серы в стали Х70 (при соблюдении других технологических параметров в заданных значениях) необходимо варьировать температуру смотки. Так, например, чтобы получить ударную вязкость не менее 180 Дж/см2 при содержании серы 0,008 % температура смотки должна быть не менее 590 0С, при содержании 0,007 % – не менее 560 0С, а при содержании серы 0,006 % –  не менее 530 0С.

Таким образом, обученные нейронные сети позволяют не только прогнозировать механические свойства проката, но и регулировать температурные режимы с целью получения требуемых характеристик.

Инженерные методы моделирования и расчета технологических параметров процесса прокатки сохраняют свою актуальность, в том числе, и в рамках использования СИС. Особенностями таких методов являются:

  • использование достаточно сильных допущений в рамках решаемых задач;
  • соответствующие упрощения применяемых алгоритмов и ускорение расчетов;
  • необходимость тщательной проверки точности результатов для обеспечения адекватности модели.

В рамках проблематики нашей работы используются известные инженерные методы применительно к широкополосному стану горячей прокатки для расчетов:

  • режимов обжатий;
  • температурно-скоростных режимов;
  • энергосиловых параметров процесса.

В шестой главе приведены примеры разработки, опробования и внедрения новых технологий производства проката из низколегированных марок стали в соответствии с СИС.

В соответствии с имеющимися на ОАО «ММК» заказами (по СТО 242) была поставлена задача создания технологии производства рулонного проката из стали класса прочности Х70 размерами 14-16х1000-1830 мм с массой рулона до 30 т. Углеродный эквивалент не более 0,43.

Рассчитали углеродный эквивалент и определили возможные диапазоны варьирования химических элементов в стали.

С помощью комплекса из четырех нейросетевых моделей по соответствующим показателям механических свойств (т, в, 5, KV) решили обратную задачу: при известных требованиях потребителя к свойствам проката и химическому составу стали определили требуемые композиции химического состава. Важно отметить, что на данном этапе получили четыре композиции стали (см. табл. 3). Дальнейшее решение должно привести к выбору предпочтительной композиции.

Таблица 3

Варианты химического состава стали

Варианты

Массовая доля химических элементов, %

С

Mn

Si

Al

Nb

Ti

V

S

P

N2

не более

1

0,11-0,14

1,25-1,4

0,4-0,55

0,02-0,05

0,03-0,045

0,015-0,035

-

0,010

0,020

0,01

2

0,10-0,14

1,40-1,80

0,25-0,50

0,02-0,05

0,04-0,07

0,005-0,02

-

0,010

0,020

0,01

3

0,14-0,19

1,2-1,4

0,30-0,60

0,01-0,04

-

0,01-0,04

0,05-0,14

0,010

0,020

0,01

4

0,09-0,12

1,55-1,75

0,15-0,30

0,02-0,05

0,02-0,05

0,010-0,035

0,08-0,12

0,010

0,020

0,01

В решаемой задаче имеются данные о рекомендуемых композициях химического состава стали и основных стадиях контролируемой прокатки. Это дает возможность с помощью нейросетевого моделирования выполнить анализ основных технологических параметров.

Анализируя результаты проведенного математического моделирования, сделали следующие выводы:

1. Прокат для трубной промышленности класса прочности Х70 возможно производить только, используя вариант химического состава стали №4, при соблюдении предложенных температурно-деформационных режимов прокатки.

2. Наибольшей хладостойкостью обладает прокат с вариантом химического состава стали № 4.

Основные технологические параметры, которые при этом нужно реализовать, найдены  нейросетевым моделированием. 

По предложенным в результате решения задачи по температурно-деформационным параметрам провели опытные прокатки четырех полос размерами 15,9х1660 мм из разработанной композиции стали (№4), соответствующих технологических режимов с требуемыми механическими свойствами.

Загрузка клетей чистовой группы по усилию прокатки не превышала 85 %.

Поверхностные дефекты в виде прикромочных «плен» располагались на расстоянии до 12 мм, что допускается стандартом.

Таким образом, опытная партия проката, произведенная по разработанным с использованием СИС режимам, полностью соответствовала требованиям НД и была отгружена потребителю.

Разработанная на основе методологии СИС технология производства проката класса прочности Х70 принята к использованию на ШСГП 2000. По этой технологии произведено около 10000 т продукции, которая полностью удовлетворяет требованиям НД.

Аналогично представленному выше и в соответствии с имеющимися заказами были поставлены задачи разработки композиции химического состава стали, а также технологии прокатки и охлаждения полос для следующих новых видов продукции:

1) коррозионностойкого рулонного проката (марки стали 13ХФА, 09ГСФ и 20Ф);

2) рулонного проката для изготовления магистральных нефтепроводных труб (категории прочности К52, К56, К60);

3) рулонного проката для изготовления магистральных газопроводных труб (категория прочности Х80);

4) рулонного низколегированного проката толщиной 16,1-20,0 мм (категория прочности S355, St 52-3 и др.);

5) рулонного проката толщиной 18,8-25,0 мм для изготовления труб (категория прочности Х65-Х70);

6) листового проката (со стана 5000) для изготовления труб большого диаметра (категории прочности К52, К56, К60, К65).

Основываясь на проведенном литературном обзоре и исследованиях на пласто-дилатометре BHR-Geratebau (Германия) фазовых превращений для сталей различных вариантов легирования: C-Mn-V-Nb; C-Mn-Cr-Ni-Cu-Nb; C-Mn-Mo-Nb; C-Mn-Ni-Mo-V-Nb (см. рис. 7),  можно отметить, что рассматриваемая задача производства проката с уровнем прочности HSLA 355-600 может быть реализована при наличии следующих основных стадий в схеме прокатки:

- нагрев слябов с контролируемой температурой, обеспечивающей оптимальную степень растворения карбонитридов и получение относительно мелкого и однородного зерна аустенитной фазы перед прокаткой;

- измельчение зерен аустенитной фазы за счет многократной  предварительной деформации и рекристаллизации;

- междеформационная пауза с охлаждением до температуры, при которой существенно заторможены  процессы рекристаллизации аустенита;

- финальная деформация аустенита с суммарным обжатием 70-80 % при температурах ниже температуры его рекристаллизации и с применением межклетевого охлаждения;

- ускоренного охлаждения после прокатки.

Рис. 7. Схема термокинетической диаграммы
для сталей с содержанием углерода (0,04-0,07)%, марганца(1,3-1,6)% и дополнительным легированием

По методологии СИС, аналогично выше представленному варианту, были разработаны композиции химического состава стали, а также технологии прокатки и охлаждения следующих актуальных новых видов продукции:

1) рулонного проката из стали класса прочности HSLA 315 – 400;

2) рулонного проката из стали класса прочности HSLA 460 – 500;

3) рулонного проката из стали класса прочности HSLA 550 – 600;

4) рулонного проката из стали класса прочности DP 600.

Для каждой выше представленной технологии были разработаны принятые в ОАО «ММК» согласно СТП документы: технологические письма, изменения к технологической инструкции или технологическая инструкция.

Опробование режимов прокатки, разработанных с помощью СИС, для штрипса и автомобильной промышленности (по имеющимся заказам) из стали марок 13ХФА, 09ГСФ, Х80, S420MC и др.,  не потребовало дальнейшей корректировки, и они были внедрены в  производство. По разработанным технологиям было произведено более 200 тысяч тонн проката.

Разработанные технологии были представлены на различных международных салонах, выставках, где были удостоены наградами, такими как золотые медали 7 Московского международного салона инноваций и инвестиций, серебряная медаль 12 международной выставки-конференции «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» и другими.

При применении рекомендованных композиций химического состава и режимов прокатки по всем маркам стали выход годного составлял 95…100 %.

Сравнивая расчетные и фактические значения параметров прокатки необходимо отметить, что расхождение не превышает 10-15 %.

Суммарный годовой экономический эффект составил более 160 млн. рублей.

Общие выводы

1. Разработана специализированная исследовательская система (СИС), объединяющая комплекс формализованных и неформализованных моделей, которая позволяет быстро и эффективно совершенствовать действующие и создавать новые технологии получение проката с высокими потребительскими свойствами.

2. Разработана вязко-пластическая конечно-элементная математическая модель напряженно-деформированного состояния слабосжимаемой среды, отличающаяся возможностью определения вероятности образования и развития трещин с использованием критерия разрушения В.Л. Колмогорова.

3. Выполнено лабораторное исследование формоизменения свинцовых образцов, моделирующее прокатку слябов в черновой группе ШСГП, которое позволило качественно и количественно уточнить основные закономерности такого формоизменения.

4. Используя данные лабораторного исследования, проверили адекватность разработанной математической модели. В итоге модель показала высокую сходимость результатов по протяженности приконтактных наплывов, максимальной величине утолщения и расположении их от края образцов. Абсолютное отклонение расчетного утолщения на контакте с валками от опытного составляет 0,25 мм, относительное – около 10%. Относительная погрешность при определении дополнительного уширения не превышает 9%, при определении естественного уширения – 11%.

5. Выполнили моделирование поведения поверхностных трещин при формоизменении сляба в черновой группе ШСГП 2000. В результате установили, что в вертикальном проходе следует применять калиброванные валки с выпуклым дном. Это уменьшает высоту наплыва на 15 – 20 % и не приводит к перетеканию металла с боковых граней на контактную поверхность с горизонтальными валками, что способствует удержанию дефектов сляба в прикромочной зоне.

6. На основе пластометрических исследований сталей новых марок получены регрессионные уравнения для определения сопротивления деформации, характеризующиеся высокой достоверностью, позволяющие вести расчёт энергосиловых параметров прокатки с высокой точностью. Найденные зависимости позволяют вести расчёт энергосиловых параметров прокатки сталей с высокой точностью и выполняют важную роль в алгоритме разработки новых, эффективных технологических режимов контролируемой прокатки полос из исследованных сталей.

7. Проведена серия испытаний на сжатие цилиндрических образцов из сталей 05Г1Б и X70 на многокулачковом пластометре с целью получения зависимостей, отображающих реологические свойства с учетом междеформационной паузы (процесса разупрочнения). При этом диапазоны варьирования  были следующими: скорость деформации u = 1,0 – 55,0 с-1; степень деформации ε = 0,05 – 1,0; температура t = 850, 1100°C; время междеформационной паузы tп = 1, 5, 10 с. В результате промышленных испытаний были получены данные, подтверждающие результаты исследований на пластометре, при температурах 950 – 1100 0С обжатия рационально выдерживать в диапазоне от 15 до 25 %.

8. Разработаны нейросетевые модели прогнозирования механических свойств проката из низколегированных марок стали. Результаты тестирования работы нейросетевой модели показали на всем множестве значений высокую адекватность как для случая прямой, так и для случая обратной задачи.

9. Представлен вариант использования разработанной СИС для создания технологии производства проката для трубной промышленности из стали класса прочности Х70 с размерами полос (14 – 16)х(1000 – 1830) мм. В результате выбрана эффективная композиция химического состава стали, построен обобщенный температурно-деформационный режим прокатки, гарантирующий получение проката класса прочности Х70. Кроме того, найден режим обжатий по трем клетям черновой группы стана, минимизирующий распространение дефектов от кромки полосы. Разработанная технология производства проката класса прочности Х70 принята к использованию на ШСГП 2000. По этой технологии произведено около 1000 т продукции, которая полностью удовлетворяет требованиям НД.

10. С помощью СИС разработаны композиции химического состава и технологии прокатки и охлаждения для проката из следующих групп марок стали: коррозионностойкий рулонный прокат (марки стали 13ХФА, 09ГСФ и 20Ф), рулонный прокат для изготовления магистральных нефтепроводных труб (категории прочности К52, К56, К60), рулонный прокат для изготовления магистральных газопроводных труб (категория прочности Х80), рулонный низколегированный прокат толщиной 16,1-20,0 мм (категория прочности S355, St 52-3 и др.), листовой прокат (со стана 5000) для изготовления труб большого диаметра (категории прочности К52, К56, К60, К65).

11. Представлен вариант использования разработанной СИС для создания технологии производства проката для автомобильной промышленности из стали класса прочности HSLA 420 с размерами полос (6 – 8)х(1000 – 1600) мм. В результате выбрана эффективная композиция химического состава стали, построен обобщенный температурно-деформационный режим прокатки, гарантирующий получение проката класса прочности HSLA 420. Разработанная технология производства проката класса прочности HSLA 420  принята к использованию на ШСГП 2000. По этой технологии произведено около 10000 т продукции, которая полностью удовлетворяет требованиям НД.

12. С помощью СИС разработаны композиции химического состава и технологии прокатки и охлаждения для проката из следующих групп марок стали: рулонного проката из стали класса прочности HSLA 315 – 400, рулонного проката из стали класса прочности HSLA 460 – 500, рулонного проката из стали класса прочности HSLA 550 – 600, рулонного проката из стали класса прочности DP 600.

13. Опробование режимов прокатки для штрипса и автомобильной промышленности (по имеющимся заказам) из стали марок 13ХФА, 09ГСФ, Х80, S420MC и др.,  не потребовало дальнейшей корректировки, и они были внедрены в  производство. При применении рекомендованных композиций химического состава и режимов прокатки по всем маркам стали выход годного составлял 95…100 %.

14. Теоретические и экспериментальные результаты работы, положенные в основу внедренных разработок и рекомендаций, направлены на повышение эффективности производства и улучшения качества проката для труб большого диаметра и автомобилестроения. Экономический эффект от внедрения результатов работы в промышленности составил более 160 млн. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Рашников В.Ф., Сеничев Г.С., Денисов С.В. и др. Прокатному производству Магнитки – 75 лет// Сталь. 2008. №7.- С. 9-12 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

2. Б.А. Никифоров, Н.Н. Карагодин, С.В. Денисов, В.П. Манин, Е.В. Тюрин. Исследование энергосиловых параметров при горячей прокатке стали 10ГФБЮ в чистовой группе клетей стана 2000 ОАО «ММК»// Труды третьего конгресса прокатчиков. М.: Черметинформация, 2000. С. 111-114.

3. В.М. Салганик, Ю.А. Тверской, А.Г. Соловьев, А.А. Радионов, С.В.  Денисов, А.А.  Маструев. Варианты модернизации оборудования стана 2500 г.п.// Труды четвертого конгресса прокатчиков. М.: Черметинформация, 2002. С. 74-76.

4. Денисов С.В., Молостов М.А., Стеканов П.А. и др. Разработка технологии производства рулонного проката из низколегированных сталей для электросварных труб // Сталь. 2008. №7. С. 65-68 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

5. Салганик В.М., Денисов С.В., Скрылев А.А. и др. Особенности формоизменения слябов при черновой прокатке // Металлург. 2008. №12. С. 47-49  (рецензируемое издание из перечня ВАК).

6. Денисов С.В., Скрылев А.А., Салганик В.М. и др. Особенности деформирования и совершенствования режимов прокатки непрерывнолитых слябов, имеющих дефекты // Труды Седьмого конгресса прокатчиков (г. Москва, 15-18 октября 2007 г.).-Т.1.-М., 2007.-С.5-9.

7. Салганик В.М., Денисов С.В., Крайнов В.И., Сычев О.Н. Исследование сопротивления деформации современных ниобийсодержащих сталей для построения эффективных процессов контролируемой прокатки (ОАО "ММК") // Труды Седьмого конгресса прокатчиков (г. Москва, 15-18 октября 2007 г.). Т.2. М., 2007. С.599-604. 

8. Салганик В.М., Денисов С.В., Крайнов В.И., Сычев О.Н. Сопротивление деформации ниобийсодержащих сталей новых марок (Сталь 05Г1Б, 10Г2ФБ, Х65 и Х70) (ОАО "ММК")  // Производство проката. 2007. №6. С.15-18.   (рецензируемое издание из перечня ВАК).

9. Салганик В.М., Денисов С.В. Технология широкополосной горячей прокатки полос с повышенными эксплуатационными свойствами для металлических конструкций. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. 81 с.

10. Денисов С.В. Развитие технологии широкополосной горячей прокатки для производства разнообразной продукции со специальным комплексом свойств // Труды Седьмого конгресса прокатчиков (г. Москва, 15-18 октября 2007 г.). Т.1. М., 2007. С.10-16. 

11. Горшков С.Н., Шаргунов А.В., Денисов С.В., Кузьмин А.А., Казаков О.В., Галкин В.В. Освоение технологии производства листового холодностойкого проката класса прочности К52 при ограниченных возможностях прокатного оборудования // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межвузовский сб. науч. тр. Под ред. Никифорова Б.А.-Магнитогорск: МГТУ, 2007. С.155-161. 

12. Денисов С.В., Кудряков Е.А., Титов А.В., Казаков И.В., Посаженников Г.Н.  Освоение технологии производства листов толщиной до 13 мм классов прочности К55 и К56 (ОАО "ММК") // Сталь. 2007. №2. С.106-108  (рецензируемое издание из перечня ВАК).

13. Никифоров Б.А., Салганик В.М., Денисов С.В., Стеканов П.А. Освоение производства высокопрочного проката для автомобилестроения в ОАО "ММК" // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2006. №4. С.41-45. 

14. Денисов С.В., Горшков С.Н., Шаргунов А.В., Посаженников Г.Н., Галкин В.В. Технология горячей прокатки полос после модернизации установки ламинарного охлаждения на отводящем рольганге стана 2500 горячей прокатки (ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат") // Металлург. 2007. №1. С.53-55 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

15. Корнилов В.Л., Денисов С.В., Кудряков Е.А. и др. Производство рулонной стали с улучшенной свариваемостью для труб большого диаметра // Металлург. 2006. №2. С.36-40 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

16. Морозов Ю.Д., Корнилов В.Л., Денисов С.В. и др. Разработка и промышленное опробование производства рулонных сталей с улучшенной свариваемостью для труб класса прочности К52-К60 // Труды Шестого конгресса прокатчиков (г. Липецк, 18-21 октября 2005 г.).Т.1. М., 2005. С.49-53. 

17. Корнилов В.Л., Николаев О.А., Денисов С.В., Кудряков Е.А. Разработка и промышленное опробование производства рулонных сталей с улучшенной свариваемостью для труб класса прочности К52-К60 /  / Труды Шестого конгресса прокатчиков (г. Липецк, 18-21 октября 2005 г.).Т.2.-М., 2005.-С.71-75. 

18. Денисов С.В., Смирнов П.Н., Карагодин Н.Н., Молостов М.А., Коломиец В.В. Разработка и освоение технологии производства горячекатаной травленой ленты из низколегированной марки стали 07ГБЮ // Совершенствование технологии в ОАО "ММК": Сб. науч. тр. Центральной лаборатории ОАО "ММК".Вып. 7. Магнитогорск, 2003. С.199-201. 

19. Бодяев Ю.А., Сарычев А.Ф., Корнилов В.Л., Денисов С.В., Кудряков Е.А. и др. Промышленное опробование новой низкоуглеродистой трубной стали категории К54-К56 с улучшенной свариваемостью // Совершенствование технологии в ОАО "ММК": Сб. науч. тр. Центральной лаборатории ОАО "ММК". Вып. 8. Магнитогорск, 2004. С.126-134. 

20. Денисов С.В. Разработка и освоение технологии производства рулонного проката повышенной прочности для изготовления труб (Прокат класса прочности Х60, Х65, Х70) // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2007. 1. С.70-73 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

21. Денисов С.В. Разработка и освоение технологии производства проката класса прочности 540-620 для рам грузовых автомобилей в ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" // Производство проката. 2007. 3. С.5-7  (рецензируемое издание из перечня ВАК).

22. Денисов С.В. Технологические возможности горячей прокатки широких полос из стали типа 05Г1Б на стане 2000 ОАО ММК // Производство проката. 2006. 11. С.11-14  (рецензируемое издание из перечня ВАК).

23. Денисов С.В. Разработка и освоение технологии производства коррозионностойкого рулонного проката повышенной хладостойкости для изготовления труб // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межвузовский сб. науч. тр. Под ред. Никифорова Б.А. Магнитогорск: МГТУ, 2007. С.141-148. 

24. Сеничев Г.С., Медведев Г.А., Денисов С.В., Медведев А.Г. Метод расчета охлаждения стальных полос на отводящем рольганге // Сталь. 2007. 2. С.77-78 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

25. Денисов С.В., Салганик В.М. Разработка и освоение технологии производства рулонного проката классов прочности Х60-Х70 толщиной более 12 мм для изготовления труб // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2008. 1. С.81-84 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

26. Денисов С.В. Развитие технологии производства рулонного и листового проката для трубной промышленности//  Труды международной научно-технической конференции «Трубы – 2007». Челябинск. 2007. С. 19-21.

27. Пат. 2255987 Российская Федерация, МПК C 21 D 8/02, 1/02. Способ производства проката/ Рашников В.Ф., Тахаутдинов Р.С., Денисов С.В. и др. (РФ). № 2004122267/02; Заявл. 19.07.2004; Опубл. 10.07.2005. Бюл. № 19.

28. Пат. 2268793 Российская Федерация, МПК B21B 1/26. Способ производства горячекатаной трубной стали/ Денисов С.В., Кузнецов В.Г., Голубчик Э.М. и др. (РФ). № 2004122329/02; Заявл. 20.07.2004; Опубл. 27.01.2006. Бюл. № 03.

29. Пат. 2270064 Российская Федерация, МПК B21B 1/26. Способ производства рулонов горячекатаной трубной стали/ Денисов С.В., Смирнов П.Н., Голубчик Э.М. и др. (РФ). № 2004125256/02; Заявл. 17.08.2004; Опубл. 20.02.2006. Бюл. № 5.

30. Пат. 2270065 Российская Федерация, МПК B21B 1/26. Способ производства горячекатаной полосовой стали/ Денисов С.В., Сарычев А.Ф., Кудряков Е.А. и др. (РФ). № 2004127603/02; Заявл. 14.09.2004; Опубл. 20.02.2006. Бюл. № 5.

31. Пат. 2277445 Российская Федерация, МПК B21B 1/26. Способ производства рулонов горячекатаной трубной стали/ Денисов С.В., Казаков О.В., Кузнецов В.Г. и др. (РФ). № 2004134849/02; Заявл. 29.11.2004; Опубл. 10.06.2006. Бюл. № 16.

32. Пат. 2279935 Российская Федерация, МПК B21B 1/26. Способ производства горячекатаных  полос из микролегированной стали/ Денисов С.В., Злов В.Е., Казаков О.В. и др. (РФ). № 2004135615/02; Заявл. 06.12.2004; Опубл. 20.07.2006. Бюл. № 20.

33. Пат. 2279937 Российская Федерация, МПК B21B 1/26. Способ горячей прокатки полос/ Денисов С.В., Посаженников Г.Н., Смирнов П.Н. и др. (РФ). № 2004138231/02; Заявл. 27.12.2004; Опубл. 20.07.2006. Бюл. № 20.

34. Пат. 2312720 Российская Федерация, МПК B21B 1/26. Способ горячей прокатки низколегированной стали на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок/ Денисов С.В., Казаков И.В., Голубчик Э.М. и др. (РФ). № 2005133006/02; Заявл. 26.10.2005; Опубл. 20.12.2007.  Бюл. № 35.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.