УДК 621.785.369:669.15-194.57
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ДВУХФАЗНОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ НА ОТВОДЯЩЕМ РОЛЬГАНГЕ НШПС 2000 НЛМК
НИТУ "МИСиС" (г. Москва, Россия)
ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат" (г. Липецк, Россия)
Фрайбергская горная академия (г. Фрайберг, Германия)
А.С. Татару, В.К. Потемкин, А.С. Лукин, А.В. Долгов, Г. Корпалла
Отражена поэтапная разработка технологии производства горячекатаной двухфазной стали HDT580X, согласно требованиям стандарта EN 10338, в линии непрерывного широкополосового стана горячей прокатки (НШПСгп) 2000 ОАО НЛМК.
UTQ 621.785.369:669.15-194.57
EXPERIMENTAL STUDIES OF THE FORMATION OF DUAL PHASE STRUCTURE WITH COOLING ON THE RUN-OUT TABLE AT CONTINUOUS HOT ROLLING MILL
2000 NLMK
NITU "MISA" (Moscow, Russia)
OAO "NLMK" (Lipetsk, Russia)
Fraybergskaya Mining Academy (Freiberg, Germany)
A.S. Tataru, V.K. Potemkin, A.S. Lukin, A.V. Dolgov, R. Kavalla, G. Korpalla
Reflected step by step development of the hot-rolled dual phase steel HDT580X production technology, according to the requirements of EN 10338, in line of continuous hot rolling mill 2000 NLMK.
Актуальность
В последние годы прогресс мирового автомобилестроения ставит новые задачи перед промышленностью сопутствующих отраслей и, в первую очередь, перед металлургами. Расширение применения двухфазных автолистовых сталей повышенного качества, является одной из главных тенденций в данной области. Отечественные металлургические предприятия также активно ведут работу по созданию технологии производства сталей повышенной прочности, соответствующих мировым стандартам. Такой подход также обусловлен необходимостью повышения уровня импортозамещения в отечественном автопроме.
Перспектива развития автомобильной промышленности требует сделать следующий принципиальный шаг в освоении производства автолистовых сталей на металлургических предприятиях с высоким производственным потенциалом, таких как ОАО «НЛМК», предусматривающий разработку и освоение технологии производства горячекатаных двухфазных автолистовых сталей с комплексом высоких и трудно сочетаемых показателей прочности и пластичности, эксплуатационной надежности и качественных характеристик.
Повышение прочности стали, как правило, приводит к существенному снижению пластичности, что осложняет или делает невозможным использование методов холодной штамповки с глубокой вытяжкой для изготовления деталей методами холодной штамповки, особенно необходимых для создания новых объектов техники в автомобилестроении. В то же время высокопластичный автолист не всегда обладает прочностью, достаточной для решения конструктивных задач современного автомобилестроения. Эффективным методом решения сформулированной проблемы является разработка в промышленных масштабах стана 2000 НЛМК производства полосовой горячекатаной двухфазной марки стали HDT580X (согласно европейскому стандарту prEn 10338), обеспечивающей комплекс стабильных показателей прочности (временное сопротивление от 580 МПа), пластичности (относительное удлинение от 19%) и других служебных свойств, необходимых для изготовления элементов транспортных средств и других объектов техники.
* Работа выполнена под научным руководством р. Кавалла
Освоение производства горячекатаных двухфазных автолистовых сталей позволит снизить массу отдельных деталей автомобиля, изготавливаемых методом холодной штамповки из листового проката за счет одновременного повышения прочностных и пластических характеристик металла. Снижение массы автомобиля обеспечит уменьшение расхода топлива, то есть снижение энергозатрат и повышение экономической эффективности при эксплуатации автомобильной техники. Одновременно достигается снижение экологической нагрузки и повышение экологической безопасности. Производство данного вида продукции позволит повысить конкурентоспособность отечественной автомобилестроительной отрасли.
Последовательность исследований
Современные разработки в области производства горячекатаных двухфазных автолистовых сталей основаны, в первую очередь, на использовании возможностей существующего оборудования [1-4]. Для получения необходимого уровня свойств в настоящее время разработано множество программ легирования, часть из которых представлена в работе [5]. Однако любой предлагаемый в литературе химический состав, в особенности из разработанных на зарубежных промышленных комплексах, необходимо корректировать с учетом технологических и конструктивных особенностей отечественных НШПС. Поэтому в качестве базового был выбран химический состав из освоенных ОАО «НЛМК».
В большинстве работ [5-7] предлагается двухступенчатая схема охлаждения на отводящем рольганге широкополосовых станов, включающая дополнительную воздушную паузу в области ферритного превращения (рис. 1, а). Конструктивные особенности отводящего рольганга НШПС 2000 НЛМК не позволяют реализовать двухступенчатый режим охлаждения, поэтому нами предложена для исследования одноступенчатая схема охлаждения при производстве горячекатаных ДФМС (рис. 1, б).
а
б
Рис. 1. Стратегия охлаждения на отводящем рольганге НШПС: а – двухступенчатое,
б - одноступенчатое
Таким образом, настоящая работа выполнялась в двух направления: 1 - разработка программы легирования для производства горячекатаной двухфазной стали на основе базового химического состава; 2 - разработка и совершенствование технологических параметров охлаждения на отводящем рольганге НШПСгп 2000 НЛМК. Основные варианты использованного химического состава и виды основных исследований, выполненных в работе и планируемых к выполнению, схематически представлены на рис. 2.
Экспериментальные исследования на базовом составе
Условия проведения испытаний на комплексе физического моделирования Gleeble 3800 и выявленные закономерности совместного влияния температуры конца прокатки (tкп) и воздушной паузы перед началом принудительного охлаждения (п) на соотношение структурных составляющих в стали базового химического состава представлены в работе [5]. Результаты исследований показали, что варьирование tкп фактически определяет изменение воздушной паузы п и позволяет дополнительно воздействовать на количество образовавшегося феррита. По результатам лабораторных исследований сформулированы рекомендации для достижения необходимого соотношения ферритной (80%) и бейнитно-мартенситной (20%) структур для предложенной программы легирования по одноступенчатой стратегии охлаждения на отводящем рольганге в линии стана 2000 НЛМК.
Дилатометрические исследования на деформационном дилатометре DIL 805 A-D показали, что основные регулируемые параметры процесса охлаждения - время воздушной паузы (п) до начала ускоренного охлаждения и скорость принудительного охлаждения (vп.о). Увеличение п обеспечивает более полное ферритное превращение, а последующее ускоренное охлаждение с оптимальной скоростью должно обеспечить необходимое количество мартенсита вместо бейнита.
Результаты предварительного опытно-промышленного эксперимента, которые подробно обсуждались в работе [5], показали корректность стратегии одноступенчатого охлаждения на отводящем рольганге НШПС 2000 НЛМК применительно к базовому химическому составу при производстве горячекатаной двухфазной стали. При определенных температурно-скоростных условиях горячей прокатки получены механические свойства, соответствующие классам прочности DP450 и DP600. Для получения двухфазной структуры с базовым химическим составом необходимо, во-первых, увеличить п для образования нужного количества феррита, во-вторых, снизить температуру смотки (tсм), т.е. увеличить число включенных секций для получения нужного объема бейнитно-мартенситной структуры. Проблема в том, что первая и вторая рекомендации противоречат одна другой, т.е. увеличение п снижает количество включенных секций, тем самым повышая tсм.
Рис. 2. Использованный химический состав и виды основных исследований