- •Смагулова назгул кусеновна Формирование рациональных структур и свойств при прокатке тонких полос на продольно-клиновом стане
- •6D071000 – Материаловедение и технология новых материалов
- •Содержание
- •Нормативные ссылки
- •Обозначения и сокращения
- •Введение
- •1 Анализ основных закономерностей формирования структуры горячекатаных тонких стальных полос
- •1.1 Современные тенденции развития технологии производства горячекатаных тонких полос
- •1.2 Основные закономерности формирования структуры горячекатаных тонких стальных полос в условиях ншсгп
- •1.3 Выводы по первому разделу
- •2 Исследование закономерностей формирования качества при прокатке горячекатаных полос по существующей технологии
- •2.1 Исходные материалы и методика исследований
- •2.2 Микроскопическое исследование структурных и фазовых изменений углеродистой стали
- •2.3 Методика статистической оценки результатов эксперимента
- •2.4 Исследование химического состава сталей и сплавов
- •2.5 Исследование влияния температурных режимов прокатки и смотки, режимов охлаждения полос, химического состава и структуры на качество листов
- •2.6 Выводы по второму разделу
- •3 Разработка методики моделирования структурообразования сталей при прокатке на литейно-прокатном агрегате
- •3.1 Литейно-прокатный агрегат продольно-клиновой прокатки
- •3.2 Математическое моделирование процесса прокатки в продольно-клиновом стане с применением msc.Superforge
- •3.3 Методика конечно-элементного моделирования объемной задачи ндс при пластической деформации
- •3.4 Основные положения метода конечных элементов, используемые в программном комплексе «msc.SuperForge»
- •3.5 Методика расчета ндс при прокатке полос в продольно-клиновом стане с использованием программного комплекса «msc.SuperForge»
- •3.6 Методика моделирования структурообразования сталей при прокатке полос в продольно-клиновом стане
- •3.7 Выводы по третьему разделу
- •4.2 Материалы и методика исследования
- •4.3 Влияние температуры, обжатия, скорости деформирования и междеформационной паузы на сопротивление деформации и микроструктуру стали а1
- •4.4 Выбор рациональных температурно-деформационных режимов прокатки полос на непрерывном продольно-клиновом стане
- •4.5 Выводы по четвертому разделу
- •Заключение
- •Список использованных источников
4.2 Материалы и методика исследования
Из экспериментальной стали А1(C – 0,15; Mn – 0,95; Si – 0,29; Р – 0,011; S – 0,012; V – 0,11; Тi – 0,012; Сu – 0,20; Аs – 0,020) изготовили прямоугольные в поперечном сечении образцы размером 20±0,1×15±0,1×10±0,1 мм. Аналогом экспериментальный стали А1 является сталь Ст3Гсп стран СНГ (C – 0,14...0,2; Mn – 0,8...1,1; Si – 0,15...0,3; Р – до 0,04; S – до 0,05; Ni – до 0,3; Сr – до 0,3; N – до 0,008; Сu – до 0,3; Аs – до 0,08).
Таблица 4.1 – План эксперимента физического моделирования
№ вар. |
ε 1, % |
t1, с |
ε 2, % |
t2, с |
ε 3, % |
t3, с |
ε 4, % |
t4, с |
ε 5, % |
τв, с |
τв.о, с |
Температура испытания – 900 0С |
|||||||||||
|
25 |
4 |
20 |
3 |
17 |
2,4 |
15 |
1,8 |
12 |
10 |
2 |
|
20 |
3 |
20 |
3 |
20 |
3 |
15 |
2 |
15 |
8 |
4 |
|
30 |
3 |
22 |
2,6 |
18 |
2,2 |
11 |
1,9 |
9 |
6 |
6 |
|
25 |
4 |
20 |
3 |
17 |
2,4 |
15 |
1,8 |
12 |
4 |
8 |
|
23 |
4 |
23 |
3 |
17 |
2,4 |
15 |
2 |
12 |
2 |
10 |
|
30 |
3 |
22 |
2,6 |
18 |
2,2 |
11 |
1,9 |
9 |
0 |
12 |
Температура испытания – 1000 0С |
|||||||||||
|
25 |
4 |
20 |
3 |
17 |
2,4 |
15 |
1,8 |
12 |
10 |
2 |
|
20 |
4 |
20 |
3 |
20 |
2,4 |
15 |
2 |
15 |
8 |
4 |
|
30 |
3 |
22 |
2,6 |
18 |
2,2 |
11 |
1,9 |
9 |
6 |
6 |
|
25 |
4 |
20 |
3 |
17 |
2,4 |
15 |
1,8 |
12 |
4 |
8 |
|
23 |
4 |
23 |
3 |
17 |
2,4 |
15 |
2 |
12 |
2 |
10 |
|
30 |
3 |
22 |
2,6 |
18 |
2,2 |
11 |
1,9 |
9 |
0 |
12 |
Температура испытания – 1100 0С |
|||||||||||
|
25 |
4 |
20 |
3 |
17 |
2,4 |
15 |
1,8 |
12 |
10 |
2 |
|
20 |
4 |
20 |
3 |
20 |
2,4 |
15 |
2 |
15 |
8 |
4 |
|
30 |
3 |
22 |
2,6 |
18 |
2,2 |
11 |
1,9 |
9 |
6 |
6 |
|
25 |
4 |
20 |
3 |
17 |
2,4 |
15 |
1,8 |
12 |
4 |
8 |
|
23 |
4 |
23 |
3 |
17 |
2,4 |
15 |
2 |
12 |
2 |
10 |
|
30 |
3 |
22 |
2,6 |
18 |
2,2 |
11 |
1,9 |
9 |
0 |
12 |
Примечание: ε1 - единичное обжатие в первой клети; t1 - междеформационная пауза после первой клети; ε2 - единичное обжатие во второй клети; t2 - междеформационная пауза после второй клети; ε3 - единичное обжатие в третьей клети; t3 - междеформационная пауза после третьей клети; ε4 - единичное обжатие в четвертой клети; t4 - междеформационная пауза после четвертой клети; ε5 - единичное обжатие в пятой клети; τв - время охлаждение на воздухе; τв.о - время охлаждение в воде. |
|||||||||||
Осуществили два варианта механических испытаний. По первому варианту опыты на сжатие образцов выпуклыми бойками проводили на автоматизированной установке «Gleeble 3500» с целью исследования реологии стали А1. В этих экспериментах на этапе активного нагружения при скоростях прокатки продольно-клинового стана произвели циклическое деформирование. В промежутках циклического деформирования после выключение электропривода установки образец оставался зажатым выпуклыми бойками, и активное нагружение сменялось стадией релаксации.
Испытание по второму варианту проводили для определения микроструктуры металла, получаемой в результате физического моделирования. В этом случае захваты установки после всех активных нагружения разводили, из контейнера вынимали образцы и в соответствия с планом эксперимента образцы охлаждали на воздухе и в воде (таблица 4.1).
Установка «Gleeble 3500» является полностью цифровой замкнутой системой термомеханических испытаний. В ее основе лежит программное обеспечение на базе простой в использовании ОС Windows и блок мощных процессоров, которые обеспечивают интерфейс для создания, проведения и обработки программ физического моделирования и термомеханических испытаний.
Система нагрева установки «Gleeble 3500» позволяет прямым пропусканием тока нагревать образцы со скоростью до 10000 оС/с и поддерживать постоянную равновесную температуру. Благодаря высокой теплопроводности захватов, которые держат образцы, комплекс «Gleeble 3500» может с высокой скоростью охлаждать образцы. Дополнительная система охлаждения позволяет достигать скорости охлаждения свыше 10000 оС/с на поверхности образца. Термопары и дополнительный инфракрасный пирометр передают сигналы для точного контроля температуры образцов.
Механическая система «Gleeble 3500» – это замкнутая, полностью интегрированная сервогидравлическая система, способная развивать усилие до 100 кН, максимальная скорость передвижной траверсы - 1000 мм/с. LVDT-датчики/датчики силы (тензометры) или бесконтактные лазерные экстензометры обеспечивают обратную связь для точной реализации программы механических испытаний. Все испытания могут быть осуществлены при пониженном давлении или в защитной атмосфере.
Механическая система позволяет исследователю использовать различные режимы управления в процессе любого испытания. Подобная гибкость позволяет моделировать многие термомеханические процессы. Программа может переключать управляющие переменные на любом этапе испытания.
Сердцем комплекса «Gleeble 3500» является цифровая система управления 3-ей серии. Она посылает сигналы для управления показателями термических и механических испытаний одновременно посредством цифровых термомеханических систем закрытого типа. Система «Gleeble 3500» может полностью работать как в автономном, так и в ручном режимах, либо комбинированно, если это необходимо, для достижения максимальной гибкости при испытании материалов.
Система компьютерного управления включает в себя настольный компьютер с ОС Windows и мощный промышленный компьютер, встроенный в консоль управления. Настольный компьютер с ОСWindows имеет гибкий многозадачный Графический Интерфейс промышленного стандарта для разработки программ моделирования и анализа полученных данных.
В процессе исследования образцы нагревали в контейнере установки «Gleeble 3500» до температуры 1100оС и выдерживали при этой температуре 15 минут. Такой нагрев обеспечил аустенизацию структуры металла образца. Нагретые образцы охлаждали до температуры испытания и испытовали в диапозоне температур 900 ÷ 1100оС с шагом нагрева 100оС. При проведении эксперимента варьировали режимы обжатия (таблица 4.1). При этом соблюдая основной закон прокатки, т.е. постоянство секундных объемов, определяли междеформационные паузы, получаемые при прокатке в пятиклетьевом продольно-клиновом стане. После испытания, деформированные образцы охлаждали в воде, а далее вырезали образцы для структурного исследования.
Шлифы для металлографического исследования готовили по традиционной методике на шлифовальных и полировочных кругах. Для травления образцов был использован раствор азотной кислоты в этиловом спирте.
Металлографический анализ провели, используя универсальный микроскоп NEOPHOT 32 (Karl Zeiss, Jena) (Германия). Микроскоп Neophot 32 предназначается для металлографической микроскопии и создания фотоснимков. Наблюдение может производиться методом светлого и темного поля, в поляризованном свете, с изменением кратностей увеличения. Увеличение микроскопа от 10 до 2000 крат. Микроскоп оснащен цифровым зеркальным фотоаппаратом Olimpus c выводом полученного изображения и сохранения снимков на компьютере.