Химсостав исследуемых высокоуглеродистых сталей, % мас

С Mn Si Pmax Smax Crmax Nimax Momax Cumax Almax

0,68÷0,7 3

0,5÷0,8 0,1÷0,3 0,035 0,035 0,15 0,20 0,05 0,25 0,1

Первый из них заключается в обжатии нагретой до температуры 1150 – 1160 ºC садки с поперечным сечением 130x130 мм на пруток диаметром Ø20мм. Происходит это в непрерывном прокатном цехе с производительностью 160 Мг/ч и максимальной скоростью прокатки 16 м/с. В состав прокатной группы входит:

a) черновая группа где 7 клетей, где клети 1, 3 и 5 вертикальные, 2, 4, 6 горизантальные.

Клеть №7 может работать как в вертикальном, так и в горизонтальном положении;

b) группа 6 промежуточных клетей, где клети 8,10,12 горизонтальные, а клети 9,11 и 13 могут работать как в горизонтальном, так и вертикальном положении;

91

c) группа 4 клетей т.н. подчистовых, где клети 14 и 16 горизонтальные клети, а клети 15 и 17 могут работать как в горизонтальном, так и вертикальном положении.

Прокатка в клетях с №2 до 10 проводится с контролем натяжения полосы, в остальных клетях – с использованием петли. Между каждыми группами клетей находятся ножи для аварийной резки и резки концов полосы.

Валки в каждой клети приводятся шестернями с помощью трехфазных асинхронных приводов мощностью 0,75 МВт или соответствующие 1,2 МВт. Питание этих приводов происходит от сети переменного тока с частотой, позволяющей управлять их скоростью и проводить измерение основных энергосиловых параметров. На основании определенных временных значений крутящего момента и степени основных передаточных чисел, оценено величину прокатки в каждом проходе, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1. Изменение момента прокатки в каждой клети

Временное протекание момента нагружения в процессе прокатки в некоторых клетях каждой группы (5, 10 и 16), показано на графиках на рисунке 2. Анализ изменения момента прокатки позволяет определить прежде всего влияние неравномерности нагрева полосы в нагревательной печи, которое проявляется циклическим ростом временной величины момента и его монотонным ростом. Полный анализ этого явления представлен в работах [3, 4].

Кроме того, в связи с непрерывной прокаткой полосы, наблюдается существование также взаимодействия каждой приводной системы катаемой полосой. Проявляется это кроме всего прочего влиянием на работу соседних приводов, особенно в черновой группе клетей во время захвата полосы.

В анализируемом прокатном цехе в случае прокатки катанки из высокоуглеродистых сталей после выхода из семнадцатой клети и перед входом в цех Моргана [5] средняя температура полосы на поверхности состовляет 905 ºC, а линейная скорость - порядка 7 м/с. Зарегистрированная термограмма (рисунок 3) по длине полосы подтверждает и указывает на неравномерность наврева садки, которое корелирует с представленными ранее изменениями момента проктаки.

В прокатном потоке установлена система водных камер, позволяющих очень точно управлять температурой полосы. На втором этапе, предварительно продеформированная полоса диаметром 20 мм подается в 10-ти клетьевой блок без кручения (No-Twist-Mill), а затем 4-х клетьевой уменьшительный блок (Reduce-Size-Mill) [6].

92

Рисунок 2. Изменение момента прокатки в некоторых клетях для стали C70D

Рисунок. 3. Пример распределения температуры по длине полосы (для стали C68D)

93

Рисунок 4. Изменение момента привода прокатного блока NTM

Перед входом в блок NTM полоса охлаждается в I системе водных камер. Аналогичную роль выполняет вторая охлаждающая система, которая установлена между блоками NTM и RSM.

Такая обработка проводится с целью снижения температуры полосы, предотвращая тем самым чрезмерное ее увеличение вследствие выделения тепла работы деформации с большими скоростями. Большие изменения обжатий в этих местах показаны на рисунке 4, изменение момента на валу привода блока NTM в процессе прохода начала полосы по прокатным клетям. По этому изменению, записанному с разрешением 1 мс, можно определить характерные приросты момента в миллисекундных долях времени, которые соотвествуют входу полосы в последующие клети. Общее время прохода через блок NTM при катанке диаметром 5,5 мм из высокоуглеродистой стали составляет 0,4 с, а скорость выхода полосы из клети составила 70 м/с.

Большие скорости деформации металла порядка 2000 с^-1 наблюдаются в блоке RTM, а конечная скорость выхода полосы - более 100 м/с. Точные величины деформации и скорости представлены в работе [7].

Последним этапом, который имеет существенное влияние на формирование структуры и свойств готового изделия, является охлаждение в процессе STELMOR. Формируемая в бунты катанка укладывается на подвижном рольганге, оборудованным крышками, и охлаждается воздухом, подаваемом вентиляторами. Проведенный анализ условий производства катанки диаметром 5,5 мм из высокоуглеродистой стали с содержанием углерода 0,45÷0,76% позволил определить условия охлаждения в линии STELMOR после последнего обжатия. Анализ измерений температуры, проведенный в реальных условиях, показал, что средняя температура конца прокатки составила 900°C. Линия охлаждения STELMOR разделена на две зоны. В первой зоне происходит интенсивное охлаждение в течение 33 секунд до температуры 500°C. в другой зоне охлаждение уже не так интенсивно и через 39 секунд температура полосы составляет 438°C.

Следующий этап охлаждения происходит уже в бунтах при условиях небольшого теплообмена.

В процессе промышленных исследований для металлографических исследований из готового изделия были взяты образцы. на образцах в продольном направлении были выполнены шлифы, травленые 3% раствором азотной кислоты. В структуре образца наблюдается перлит с выделениями феррита по границам бывшего аустенитного зерна (рис. 5). На микротвердомере FV- 700 фирмы Future-Tech измерена твердость структурных составляющих методом Виккерса.

Средняя твердость перлитной составляющей составила 300 HV. Для металлографических исследований использовали оптический микроскоп Nikon MA-200. Среднее расстояние между пластинками цементита составило 650 нм, что значительно больше рекомендуемого расстояния от 100 до 200 нм, описанного в работе [2].

94

Рисунок 5. Структура катанки из стали C68

С целью определения влияния температуры конца прокатки и условий ускоренного охлаждения на морфологию перлитной структуры и расстояние между пластинками цементита в перлите проведено физическое моделирование на дилатометре DIL 805A/D, оборудованного пластометрической приставкой. Образцы диаметром 5 мм и длиной 10 мм деформировали, а затем охлаждали. Схема исследований представлена на рисунке 6.

Рисунок 6. Схема исследований на дилатометре DIL 805A/D

Так как скорость прокатки в условиях непрерывного прокатного цеха очень велика (более 2000 с^-1) и значительно превышает возможности исследовательской аппаратуры, применено три степени обжатия с максимально возможной для реализации скоростью деформации (15 с^-1).

Применено степени деформации ε1=0,25 , ε2=0,20 i ε3=0,25 при температурах 970°C, 940°C и 900°C. Охлаждение поделено на 3 этапа. На первом этапе образцы охлаждали до температуры 500°C в течение 33 секунд, во втором – в течение 39 секунд до температуры 440°C, а далее до 200°C в течение 300 секунд. Так как температура конца прокатки, по мнению авторов, достаточно высока, моделирование было проведено при пониженных на 100°C температурах, по сравнению с ранее применеными температурами деформации. Образцы деформировали в температурах 870°C, 840°C и 800°C. Пропорционально сокращено также время охлаждения. До температуры 500°C образцы охлаждали в течение 25 секунд, до температуры 440°C в течение 33 секунд и до температуры 200°C в течение 300 секунд.

В результате проведенных исследований получены дилатограммы, зарегистрированные в процессе охлаждения образцов, и фотографии микроструктур, полученных в процессе физического моделирования охлаждения и в реальных условиях. На рисунках 7 и 8 представлены полученные структуры. Также установлено, что снижение температуры конца прокатки с 900°C до 800°C привело к росту максимального значения сопротивления деформации с 150 МПа до 180 МПа при том же характере кривых течения металла.

95