Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, Москва, Россия:
И. С. Васильев, ведущий инженер Научно-исследовательского института конструкционных материалов и технологических процессов (НИИ КМ и ТП)
П. Ю. Жихарев, ведущий инженер НИИ КМ и ТП, эл. почта: zhikharev@bmstu.ru
А. В. Пересторонин, инженер 2-й категории научно-образовательного центра «Центр аддитивных технологий», канд. техн. наук
ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат», Магнитогорск, Россия:
В. В. Мухин, ведущий инженер группы по прокатному производству научно-технического центра, канд. техн. наук
Представлен метод разработки технологии изготовления горячекатаного рулонного проката в условиях действующего производства, технология и характеристики которой выходят за паспортные данные оборудования. Метод включает проведение всесторонних лабораторных исследований нового материала (кинетики рекристаллизационных процессов при нагреве и прокатке, структурных превращений, свойств материала при температурах производства), проверочных расчетов работы оборудования и моделирования поведения полосы в процессе прокатки и смотки перед промышленным опробованием. Практическое применение предложенного подхода продемонстрировано на примере разработки технологии изготовления горячекатаного рулонного проката из низкоуглеродистой борсодержащей стали с минимальным пределом текучести 1000 МПа. Выдержка стали при температуре выше 1220 °C приводит к формированию чрезмерно крупнозернистой структуры с величиной зерна до 1 мм. Выдержка при меньших температурах (1180–1200 °C) исключает развитие вторичной рекристаллизации и способствует получению мелкозернистой структуры с величиной зерна 35–45 мкм. Установлено, что минимальное значение единичного обжатия для активации динамической рекристаллизации составляет 24 %, и единственным механизмом преобразования зеренной структуры на стадии прокатки является статическая рекристаллизация. Термокинетическая диаграмма исследуемой стали характеризуется наличием развитой бейнитной области. Бейнитная составляющая присутствует в металле при всех исследуемых скоростях охлаждения (5–80 °C/с). Опытные полосы, прокатанные на лабораторном стане, характеризуются высокой прочностью (σ0,2 ≥ 1008 МПа, σв ≥ 1089 МПа), удовлетворительной вязкостью и пластичностью (σ5 ≥ 8 %, KCV–40 ≥ 60 Дж/см2). Высокий уровень свойств достигается в результате формирования в прокате структуры нижнего бейнита. Требуемое структурное состояние получено посредством применения технологии прямой закалки с прокатного нагрева при среднемассовых скоростях охлаждения порядка 25 °C/c.
Исследования проводили в рамках программы стратегического академического лидерства Российской Федерации «Приоритет-2030», направленной на поддержку программ развития образовательных организаций высшего образования, научного проекта ПРИОР/СН/НУ/22/СП5/26 «Создание инновационных цифровых инструментов для применения прикладного искусственного интеллекта и продвинутого статистического анализа больших данных в технологических процессах производства металлургической продукции».
1. Рингинен Д. А., Частухин А. В., Хадеев Г. Е., Эфрон Л. И. Применение методов имитации и воспроизведения процессов в лабораторных условиях для разработки технологических схем термомеханической прокатки // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2014. № 5. С. 28–37.
2. Мунтин А. В., Частухин А. В., Червонный А. В. и др. Разработка технологии производства рулонного проката трубного назначения класса прочности К60 в условиях литейно-прокатного комплекса // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2016. № 3. С. 17–25.
3. Ильинский В. И., Головин С. В., Степанов П. П., Рингинен Д. А. и др. Разработка технологий производства на стане 5000 проката для проектов трубопроводов с экстремальными параметрами // Металлург. 2017. № 8. С. 57–68.
4. Частухин А. В., Рингинен Д. А., Хадеев Г. Е., Эфрон Л. И. Применение имитации металлургических процессов для разработки сквозной технологии производства cварных труб // Труды XXIII Международной научно-практической конференции. Челябинск, 17–19 сентября 2018 г. 2018. С. 67–82.
5. Shatalov R., Genkin A. Sheet mill control in steel strip hot rolling // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2015. Vol. 50, Iss. 6. P. 624–628.
6. Shatalov R. L., Genkin A. L. Operating a sheet-rolling complex to minimize energy costs // Metallurgist. 2008. Vol. 52, Iss. 9-10. P. 485–490.
7. Шаталов Р. Л., Медведев В. А. Управление свойствами и структурой стальных сосудов охлаждением в различных средах на выходе прокатно-прессовых линий // Черные металлы. 2021. № 2. C. 34–38.
8. Moravec J., Mičian M., Málek M., Švec M. Determination of CCT diagram by dilatometry analysis of high-strength low-alloy S960MC steel // Materials. 2022. Vol. 15, Iss. 13. P. 4637. DOI: 10.3390/ma15134637.
9. Zurutuza I., Isasti N., Detemple E., Schwinn V., Mohrbacher H., Uranga P. Toughness property control by Nb and Mo additions in high-strength quenched and tempered boron steels // Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 1. P. 95. DOI: 10.3390/met11010095.
10. Целиков А. И., Томленов А. Д., Зюзин В. И., Третьяков А. В., Никитин Г. С. Теория прокатки : справочник. — М. : Металлургия, 1982. — 335 с.
11. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытания на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
12. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979.
13. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977.
14. ГОСТ 9651–84. Металлы. Методы испытания на растяжение при повышенных температурах. — Введ. 01.01.1986.
15. Poliak E. I., Jonas J. J. A one-parameter approach to determining the critical conditions for the initiation of dynamic recrystallization //Acta Materialia. 1996. Vol. 44, Iss. 1. P. 127–136.
16. Частухин А. В., Рингинен Д. А., Эфрон Л. И. Создание моделей формирования структуры аустенита и их использование для совершенствования технологии контролируемой прокатки трубных сталей // Труды XI конгресса прокатчиков . Магнитогорск, 9–11 октября 2017 г. — М., 2018. Т. 2. С. 350–353.
17. Sun W. P., Hawbolt E. B. Comparison between static and metadynamic recrystallization-an application to the hot rolling of steels // ISIJ International. 1997. Vol. 37. № 10. P. 1000–1009.
18. Nakata N., Militzer M. Modeling of microstructure evolution during hot rolling of a 780 MPa high strength steel // ISIJ International. 2005. Vol. 45. № 1. P. 82–90.
19. Kwon O., DeArdo A. J. On the recovery and recrystallization which attend static softening of hot-deformed copper and aluminum // Acta Metallurgica. 1990. Vol. 38. № 1. P. 41–54.
20. ГОСТ Р ИСО 643–2015. Сталь. Металлографическое определение наблюдаемого размера зерна. — Введ. 01.08.2016.
21. Zajac S., Schwinn V., Tacke K. H. Characterisation and quantification of complex bainitic microstructures in high and ultra-high strength linepipe steels // Materials Science Forum. 2005. Vol. 500-501. P. 387–394.
22. Caballero F., Garcia-Mateo C., Cornide J., Allain S., Puerta J., Crouvizier M., Mastrorillo T., Jantzen L., Vuorinen E., Lindgren L. et al. New advanced ultrahigh strength bainitic steels: ductility and formability // In Research Found for Coal and Steel, Technical Steel Research, Publications Office of the EU: Luxembourg – Luxembourg – 2013. P. 123.