Контролируемая прокатка

Содержание 

Введение…………………………………………………………………………3

1. Влияние условий нагрева слябов на свойства стали ………………………5

2. Оборудование линий для контролируемой прокатки……………………...9

3.  Основной  принцип контролируемой прокатки……………………………11

4. Параметры  контролируемой прокатки……………………………………...13

5. Влияние контролируемой  прокатки и дальнейшей термической  обработки на структуру и свойство  стали 13Г1С-У………………………………………15

Заключение………………………………………………………………………21

Список используемой литературы……………………………………………..22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Контролируемая  прокатка представляет собой высокотемпературную  обработку низколегированной стали и предполагает определенное сочетание основных параметров горячей деформации: температуры нагрева и конца прокатки; суммарной степени деформации и распределения деформации по температуре; скорости охлаждения и т. д. В температурном интервале прокатки с контролируемым режимом деформаций в деформируемом металле можно отметить три стадии изменения структуры. На первой стадии (>950 °С) в процессе деформации происходит рекристаллизация; на второй стадии (<950 °С) металл упрочняется вследствие измельчения структуры и повышения плотности дислокаций. На третьей стадии (деформация при 800—700 °С) происходит дисперсионное твердение сталей, легированных карбидо- и ни- тридообразующими элементами (Mo, Nb, V, Ti) вследствие выделения избыточных фаз.

 При контролируемой прокатке листов большие степени обжатия назначают преимущественно в области относительно невысоких температур (<800°С). Заканчивают прокатку при температурах <750—700 °С. На широкополосном стане контролируемую прокатку проводят в области высоких температур, при которых происходит быстрая рекристаллизация аустенита. В этом случае наиболее важные технологические параметры — скорость охлаждения полосы до температуры превращения аустенита и температура смотки полосы в рулон, так как степень влияния микролегирующих элементов (Nb, V, Mo и др.) на дисперсионное твердение стали также зависит от условий охлаждения листов и полос.

     Одна  из главных целей контролируемой прокатки — получение в готовом прокате из низкоуглеродистой низколегированной стали мелкозернистой структуры феррита, определяющей прочность и высокое сопротивление вязкому и хрупкому разрушению. Размер зерна феррита горячекатаной стали зависит от химического состава стали и совокупности технологических факторов: условий нагрева слябов под прокатку; температурного режима прокатки (особенно при последних проходах); степени и кратности обжатия; скорости охлаждения между проходами; температуры смотки полосы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Влияние условий нагрева слябов на свойства стали

     Режим нагрева слябов перед прокаткой  выбирают, учитывая химический состав стали и требования к ее качеству.

При контролируемой прокатке сталей с микродобавками карбо- и нитридообразующих элементов (V, Nb, Ti и др.) температуру нагрева слябов снижают, что ведет к понижению прочности и повышению хладостойкости. При снижении температуры нагрева марганцовистой стали, микролегированной ниобием, с 1200 до 1000 °С, предел текучести горячекатаного листа увеличивается примерно на 30 МПа, а переходная температура понижается с 0 до —50 °С. Опыт показывает, что для получения хладостойкого проката из микролегированных сталей контролируемой прокаткой наиболее приемлема температура начала прокатки 1150—1200 °С.

Рисунок -1 Влияние температуры нагрева слябов( t_н) на переходную температуру (t_пер) листов, определенную по 90 % волокна в изломе: I- стали обычные или легированные ванадием; II— стали, легированные ванадием, ниобием и молибденом;III— стали с повышенным содержанием марганца, легированные ниобием, молибденом и никелем. 

Низкотемпературный  нагрев слябов целесообразно производить в печах с шагающими балками, так как в них в отличие от толкательных печей слябы нагреваются не с двух, а с четырех сторон, что повышает равномерность нагрева.

 Температурный режим контролируемой прокатки. Стали, подвергаемые контролируемой прокатке, содержат микролегирующие элементы, существенно влияющие на кинетику  рекристаллизации и способствующие получению мелкого зерна аустенита и соответственно феррита (рис.2). В стали 0,05 % С; 1,8 °/о Мn; 0,06 % Nb время рекристаллизации 70 % общего объема составляет: при температуре деформации 850 °С—~10³ с; при

925°С— ~10² с; при 1000°С 5 с. 

Рисунок-2 Диаграмма рекристаллизации деформированного аустенита в марганцовистой стали(а) и стали, легированной ниобием(б) .Доля рекристаллизованной структуры : 1-5% ,2-10%, 3-50%, 4 -90%, 5 -100%. 

В результате задержки рекристаллизации аустенита при температуре 900 °С (и ниже) при последующих проходах дополнительно деформируются не рекристаллизованные зерна аустенита. Это способствует образованию в горячекатаной стали мелкозернистой структуры, определяющей хорошее сочетание свойств прочности и вязкости. 

 Промышленная  контролируемая прокатка низкоуглеродистых сталей на втором (завершающем) этапе обычно производится в диапазоне температур Ar3-Ar1 при суммарной  деформации   > 66 %.

Снижение  температуры конца прокатки увеличивает предел текучести. При понижении температуры конца прокатки с 950 до 800 °С температура перехода от вязкого разрушения к хрупкому понижается. Дальнейшее снижение температуры конца прокатки неодинаково влияет на стали разного химического состава (рис. 3, 4). 

Рисунок- 3     Влияние температуры конца прокатки (t к.п.) на размер зерна феррита (d ф) предел текучести и переходную температуру стали, содержащей 0,17 % С: а - без Nb; б — 0,4 % Nb;1 — 0,5 % Мn;

2 — 1,0 %Mn; 3 — 1,5 % Mn. 

Рисунок -4 Влияние температуры конца прокатки на предел текучести и переходную температуру (t_пер) низкоуглеродистых сталей:

1— 0,047 % С: 1,5% Мn; 0,005 % N; 0.064 % Nb; 2 — 0,03% С; 1,5% Мn; 0,007 % N; 0,03% Nb; 3—0,1 % С; 0,8% Мn; 0,0025 % N; 4 — 0,01% С; 0,8% Мn; 0,002 % N.

Контролируемая  прокатка может применяться и при рулонном способе производства (рис.5).

Рисунок-5 Влияние температуры конца прокатки на размер ферритного зерна, переходную температуру и предел текучести  листов (сплошные линии) и полос, свернутых в рулон (пунктирные линии): а — 0,12% С; 0,3% Si; 1,3% Мп; б —то же. что и а. но с добавками: 0,02 % Nb (1); 0,02 % Nb и 0,06 % V (2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Оборудование линий  для контролируемой  прокатки

     Контролируемая  прокатка проводится на толстолистовых реверсивных и непрерывных широкополосных станах с поточным расположением оборудования.

     В технологический поток стана  входят: нагревательные печи; собственно стан; участок отделки. Один из основных элементов технологии контролируемой прокатки – охлаждение раската до определенной температуры перед чистовой прокаткой. Охлаждение производят в потоке и  вне потока стана. Для уменьшения неравномерности охлаждения поверхности раската (из-за контакта с роликами) его покачивают на рольганге. При охлаждении вне потока раскат выводят на обводные секции

рольгангов  или поднимают над рольгангом на специальных рамах. Для ускорения  охлаждения применяют душирование ( на отводящем рольганге или между  клетями). Управление процессом охлаждения производится автоматически.

Контролируемая прокатка на толстолистовых станах чаще всего осуществляется по схеме : черновая клеть —выдержка —чистовая клеть. Выдержка необходима для снижения температуры подката до той области, где не происходит рекристаллизация. В период выдержки подката возможен сильный рост зерен или частичная рекристаллизация, приводящая к получению разнозернистого феррита, ухудшающего ударную вязкость стали. Одним из путей, позволяющих устранить эти явления , является применение ускоренного охлаждения водой или воздушными смесями.

Контролируемая  прокатка на широкополосных станах отличается от прокатки на толстолистовом стане. На широкополосном стане полоса завершения прокатки быстро охлаждается на от отводящем рольганге, а затем  медленно в рулоне. Прокатка в черновых и чистовых клетях осуществляется с большими частными обжатиями и малыми проходами. Прокатка полос в черновых клетях осуществляется в зоне рекристаллизации, а в чистовых  — в области, где процесс рекристаллизации  не протекает. Суммарное обжатие и температура раската при прокатке в чистовых клетях ограничены. Выдержка полос в рулоне после смотки способствует увеличению предела текучести вследствие большого выделении упрочняющих частиц карбонитридов ниобия и ванадия. Благодаря большому дисперсионному упрочнению переходная температура горячекатаных полос ,обычно выше ,чем у листов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Основной принцип  контролируемой прокатки

     Основной  принцип контролируемой прокатки заключается  в измельчение аустенитного, а  следовательно, и ферритного зерна, что приводит к одновременному повышению прочности и вязкости стали. Решающая роль при этом отводится температурным условиям процесса. При ограничении деформации только в аустенитной области можно выделить три диапазона температуры в соответствии с ее влиянием на структуру стали. Деформация при температуре выше 1000С приводит к образованию крупных рекристаллизованных зерен аустенита, которые при полиморфном превращении образуют грубую структуру феррита и структуру верхнего бейнита. При деформации в промежуточном температурном диапазоне (от 1000 до 900С) аустенит измельчается повторяющейся рекристаллизацией в результате чего образуется мелкозернистый феррит. Деформация ниже температуры рекристаллизации (ниже 900С) способствует получению мелкозернистой ферритной структуры.

При температуре деформации в области a+γ  различают три стадии контролируемой прокатки: деформация в зоне рекристаллизации аустенита, деформация некристаллизующегося аустенита и деформация в двухфазной аустенитно-ферритной области. Исследования показали, что в процессе прокатки в чистовой клетки при температуре ниже Аr3 на механические свойства оказывает влияние дислокационное, субструктурное и текстурное упрочнение.

Основные  различия между обычной и контролируемой прокаткой состоит в том, что  при контролируемой прокатке деформационные полосы разделяют аустенитные зерна на несколько блоков. Граница каждого блока является источником зарождения ферритных зерен. В результате из аустенитного зерна одинаковой величины при контролируемой прокатке образуются более мелкие ферритные зерна, чем при обычной горячей прокатке, когда зарождение ферритных зерен осуществляется на границах аустенитных. Кроме того, увеличение числа активных центров зарождения феррита ускоряет процесс a-превращения, в результате чего снижается вероятность выделения бейнитной структуры, придающей низкую вязкость стали.

В обычной  горячекатаной и нормализованной  сталях феррит зарождается исключительно  на границах аустенитных зерен, что  ограничивает измельчение зерна. В  прокатанных по контролируемым режимам или закаленных сталях аустенитное зерно разделяется на несколько блоков :в первом случае  деформационными полосами, во втором мартенситными пластинами. При этом размер ферритных зерен определяется не размером зерен аустенита ,а величиной образующихся блоков.