EA039568B1 - Method for producing a rolled steel product - Google Patents

Method for producing a rolled steel product Download PDF

Info

Publication number
EA039568B1
EA039568B1 EA202092198A EA202092198A EA039568B1 EA 039568 B1 EA039568 B1 EA 039568B1 EA 202092198 A EA202092198 A EA 202092198A EA 202092198 A EA202092198 A EA 202092198A EA 039568 B1 EA039568 B1 EA 039568B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
austenite
decomposition
rolled
temperature
heat
Prior art date
Application number
EA202092198A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA202092198A2 (en
EA202092198A3 (en
Inventor
Владимир Николаевич УРЦЕВ
Антон Владимирович ШМАКОВ
Юрий Николаевич ГОРНОСТЫРЕВ
Михаил Львович ЛОБАНОВ
Илья Кимович РАЗУМОВ
Геннадий Васильевич САМОХВАЛОВ
Евгений Дмитриевич МОКШИН
Василий Николаевич ДЕГТЯРЕВ
Дим Маратович ХАБИБУЛИН
Сергей Владимирович ДАНИЛОВ
Никита Сергеевич СИДОРЕНКО
Николай Владимирович УРЦЕВ
Original Assignee
Антон Владимирович ШМАКОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Антон Владимирович ШМАКОВ filed Critical Антон Владимирович ШМАКОВ
Publication of EA202092198A2 publication Critical patent/EA202092198A2/en
Publication of EA202092198A3 publication Critical patent/EA202092198A3/en
Publication of EA039568B1 publication Critical patent/EA039568B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B1/00Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/02Hardening articles or materials formed by forging or rolling, with no further heating beyond that required for the formation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of metallurgy, in particular, to rolled steel product manufacture technology. In order to determine the structural condition of a rolled product, steel of a desired chemical composition is smelted and then rolled, with the process parameters being registered, and the structural condition of the rolled product obtained is determined on the basis of the observed process parameters. Mass fractions of austenite decomposition products in the layers are determined by calculation based on the following parameters: temperature measured on the rolled product surface prior to the onset of cooling, thickness of the rolled product, and implemented mode of heat dissipation from the surface of the rolled product; the calculations are performed using the finite difference method for solving the heat-transfer problem for a medium with internal heat liberation sources and by virtually dividing the thickness of the rolled product into layers. The heat liberation sources are identified as being the layers of the rolled product in which, according to the calculation, processes of austenite decomposition are occurring according to at least one of the following types of decomposition: ferrite (F), ferrite-perlite (F+P), perlite (P), bainite (B), and martensite (M). The type of decomposition is determined based on the layer temperature and/or cooling velocity, and/or specific power of heat removal from the layer; the increment of mass fraction of the austenite decomposition products (M/) is determined based on the temperature and/or cooling velocity, and/or specific power of heat removal from the layer; the value of heat liberation is calculated according to the equation Q=MQpi, where dQ is heat liberated in the result of austenite decomposition as per any type, kJ, Qpi is specific heat effect of the austenite decomposition as per i-th type, kJ/kg.

Description

Изобретение относится к технологическим процессам, используемым в металлургии, для получения высококачественного проката нового поколения с определением потребительских свойств непосредственно в процессе прокатки.The invention relates to technological processes used in metallurgy to produce high-quality rolled products of a new generation with the determination of consumer properties directly in the rolling process.

Новый технологический уровень производства проката с заданными функциональными свойствами и прогнозируемыми структурами требует управления параметрами технологических процессов согласованного с кинетикой протекающих в стали физических процессов. Важнейшими для производственной практики характеристиками фазовых превращений, происходящих в материале при его обработке, являются условия начала превращений, длительности их протекания, а также удельные величины их тепловых эффектов, которые наряду с технологическими параметрами определяют температуру проката в различные моменты его продвижения по технологической цепочке. Учитывая масштабы производства проката, существенным становится обеспечение возможности прогнозирования структурного состояния металла и связанных с ним потребительских свойств на основании фиксации параметров технологического процесса, имевших место при его производстве.A new technological level of production of rolled products with specified functional properties and predictable structures requires the control of technological process parameters consistent with the kinetics of physical processes occurring in steel. The most important for industrial practice characteristics of phase transformations occurring in the material during its processing are the conditions for the beginning of transformations, the duration of their course, as well as the specific values of their thermal effects, which, along with technological parameters, determine the temperature of rolled products at various moments of its movement along the technological chain. Considering the scale of rolled metal production, it becomes essential to provide the possibility of predicting the structural state of the metal and related consumer properties on the basis of fixing the parameters of the technological process that took place during its production.

Известен способ производства рулонного проката, описанный в RU 2563911 [1], который предусматривает определение режима ламинарного охлаждения в зависимости от структуры стали и рассматриваемого химического состава путем совмещения графика изменения температуры проката при охлаждении на отводящем рольганге с термокинетической диаграммой. Поскольку уровень и стабильность механических свойств и структуры горячекатаного проката во многом определяются температурой смотки и характером охлаждения, то для определения оптимального режима ламинарного охлаждения сначала производят построение термокинетической диаграммы изменения структуры для химического состава рассматриваемого сортамента рулонного проката в диапазоне возможных температур и скоростей охлаждения на отводящем рольганге широкополосного стана. Затем расчетным путем получают график распределения температуры металла по участкам отводящего рольганга для проката заданной толщины при использовании режима ламинарного охлаждения, характерного для данного сортамента. Полученный график накладывают на термокинетическую диаграмму и производят анализ структуры, которая может быть получена при таком режиме ламинарного охлаждения, с точки зрения обеспечения требуемого уровня механических свойств. При этом также оценивают степень удаленности графика от узловых точек фазового превращения, т.е. точек, в которых сходятся границы различных областей фазовых превращений. Если анализ показывает слишком значительное приближение указанного графика к этим точкам или неблагоприятный характер структурообразования, производят соответствующую корректировку используемого режима ламинарного охлаждения и расчет графика охлаждения для этого скорректированного режима. В случае получения положительного результата в ходе проверочного анализа скорректированного режима ламинарного охлаждения этот режим принимается базовым для данного сортамента. В противном случае производят дополнительную корректировку режима ламинарного охлаждения до получения требуемого результата.A known method for the production of rolled products, described in RU 2563911 [1], which provides for determining the mode of laminar cooling depending on the structure of the steel and the chemical composition under consideration by combining the graph of the change in the temperature of the rolled products during cooling on the discharge roller table with the thermokinetic diagram. Since the level and stability of the mechanical properties and structure of hot-rolled steel are largely determined by the coiling temperature and the nature of cooling, in order to determine the optimal laminar cooling regime, first, a thermokinetic diagram of the change in the structure for the chemical composition of the considered assortment of rolled steel is plotted in the range of possible temperatures and cooling rates on the discharge roller table broadband mill. Then, by calculation, a graph of the temperature distribution of the metal over the sections of the discharge roller table for rolled products of a given thickness is obtained using the laminar cooling mode characteristic of this assortment. The resulting graph is superimposed on a thermokinetic diagram and an analysis is made of the structure that can be obtained under such a laminar cooling regime from the point of view of providing the required level of mechanical properties. At the same time, the degree of remoteness of the graph from the nodal points of the phase transformation is also estimated, i.e. points at which the boundaries of different regions of phase transformations converge. If the analysis shows too much approximation of the indicated graph to these points or unfavorable nature of the structure formation, the laminar cooling mode used is adjusted accordingly and the cooling graph is calculated for this corrected mode. If a positive result is obtained during the verification analysis of the corrected laminar cooling regime, this regime is taken as the base one for this assortment. Otherwise, the laminar cooling mode is additionally adjusted until the desired result is obtained.

Таким образом, известный способ путем последовательных итераций позволяет получать металл с требуемым структурным состоянием, но не решает проблему определения структуры металла готовой продукции только на основании фиксации параметров технологического процесса, имевших место при его производстве.Thus, the known method through successive iterations makes it possible to obtain a metal with the required structural state, but does not solve the problem of determining the structure of the metal of the finished product only on the basis of fixing the process parameters that took place during its production.

Известен способ металлообработки с поддержкой, по меньшей мере, частично ручного управления прокатным станом металлообработки, в котором обрабатывают металл в форме полосы или сляба или металл чернового профиля (RU 2457054 [2]). Способ предусматривает учет влияние фазового состава металла на корректировку параметров производственного процесса. Для этого непрерывно по отношению к определенному месту прокатного стана металлообработки определяется доля по меньшей мере одной металлургической фазы металла с учетом рабочих параметров прокатного стана металлообработки, на которые влияет фазовое состояние. Такими параметрами могут быть выбор подходящей плоскости охлаждения или подходящих параметров охлаждения. Результат определения передается обслуживающему оператору в реальном времени, например, на управляющем устройстве. Оператор получает тем самым актуальную для качества обрабатываемого металла информацию, которая непосредственно воспроизводит влияние предпринятых им ручных регулировок, так что при необходимости путем дальнейших изменений ручные регулировки могут быть оптимизированы. Индикация служит, таким образом, обеспечению качества продукции, но не решает проблему определения структуры металла и связанных с ней потребительских свойств на основании фиксации параметров технологического процесса, имевших место при его производстве.A known method of metalworking with the support, at least partially, of manual control of a metalworking rolling mill, in which metal is processed in the form of a strip or slab or rough profile metal (RU 2457054 [2]). The method involves taking into account the influence of the phase composition of the metal on the adjustment of the parameters of the production process. To do this, the proportion of at least one metallurgical phase of the metal is continuously determined with respect to a certain place of the metalworking rolling mill, taking into account the operating parameters of the metalworking rolling mill, which are influenced by the phase state. Such parameters may be the selection of a suitable cooling plane or suitable cooling parameters. The result of the determination is transmitted to the service operator in real time, for example, on the control device. The operator thus obtains information relevant to the quality of the metal to be worked, which directly reproduces the effect of the manual adjustments made by him, so that, if necessary, the manual adjustments can be optimized by further changes. The indication thus serves to ensure the quality of the product, but does not solve the problem of determining the structure of the metal and the associated consumer properties on the basis of fixing the parameters of the technological process that took place during its production.

Известен способ производства проката из стали, включающий процесс управления металлургической производственной установкой для изготовления продукта из металлического стального и/или железного сплава, причем процессом изготовления, по меньшей мере, частично управляют при помощи имитатора структуры, и/или монитора структуры, и/или модели структуры, включающих в себя программу, которая вычисляет по меньшей мере одну механическую характеристику прочности произведенного продукта (RU 2016133849 [3]). Механическую характеристику прочности вычисляют в зависимости от соответствующей технологической цепочки на основе рассчитанных металлургических фазовых составляющих и/или их соответствующих долей в структуре изготовленного продукта. Технологи- 1 039568 ческая цепочка металлургической производственной установки включает в себя стан горячей прокатки и/или толстолистовой прокатный стан с заключительным участком охлаждения. При вычислении механической характеристики прочности учитывают рабочие параметры металлургической производственной установки, от которых зависит по меньшей мере одна полученная механическая характеристика прочности.A known method for the production of rolled steel, including the process of controlling a metallurgical production plant for manufacturing a product from a metallic steel and/or iron alloy, the manufacturing process being at least partially controlled by a structure simulator and/or a structure monitor and/or a model structures, including a program that calculates at least one mechanical strength characteristic of the manufactured product (RU 2016133849 [3]). The mechanical strength characteristic is calculated depending on the respective process chain on the basis of the calculated metallurgical phase components and/or their respective proportions in the structure of the manufactured product. The technological chain of a metallurgical production plant includes a hot rolling mill and/or a plate rolling mill with a final cooling section. When calculating the mechanical strength characteristic, the operating parameters of the metallurgical production plant are taken into account, on which at least one obtained mechanical strength characteristic depends.

В качестве рабочих параметров металлургической производственной установки, входящих в вычисление прочности, регистрируют соответствующую массовую долю одного легирующего элемента или всех легирующих элементов, которые имеются в химическом составе использованного стального сплава.As operating parameters of the metallurgical production plant included in the calculation of strength, the corresponding mass fraction of one alloying element or all alloying elements that are present in the chemical composition of the used steel alloy is recorded.

В качестве дополнительного рабочего параметра регистрируют скорость охлаждения, устанавливаемую в рамках охлаждения, произведенного после процесса прокатки, и повышение определенной характеристики прочности произведенного продукта, достигаемое посредством изменения этого дополнительного рабочего параметра, частично компенсируют и/или выравнивают посредством уменьшения массовой доли одного или нескольких легирующих элементов в химическом составе используемого стального сплава.As an additional operating parameter, the cooling rate established within the framework of the cooling produced after the rolling process is recorded, and the increase in a certain strength characteristic of the product produced, achieved by changing this additional operating parameter, is partially compensated and / or equalized by reducing the mass fraction of one or more alloying elements. in the chemical composition of the steel alloy used.

Причем соответствующую зарегистрированную массовую долю легирующего элемента и зарегистрированную в каждом случае скорость охлаждения оценивают при помощи исчисляемого ряда оценочных единиц, представляющих критерий оценки и при помощи программы определяют соответствующие суммарные значения исчисляемых оценочных единиц. Программа включает в себя математический алгоритм, при помощи которого соответствующий ряд оценочных единиц или различные определенные суммарные значения сравнивают друг с другом. В результате реализации способа осуществляется прогнозное определение потребительских свойств проката без проведения исследования готовой продукции.Moreover, the corresponding registered mass fraction of the alloying element and the cooling rate recorded in each case are evaluated using a countable number of evaluation units representing the evaluation criterion, and using the program, the corresponding total values of the calculated evaluation units are determined. The program includes a mathematical algorithm by which a corresponding set of evaluation units or various defined totals are compared with each other. As a result of the implementation of the method, a predictive determination of the consumer properties of rolled products is carried out without conducting a study of the finished product.

Недостатком известного способа является невысокая точность прогнозирования свойств получаемого проката, поскольку в основе получения прогноза лежит математическая модель поведения прокатываемого металла от технологических параметров, которая не учитывает некоторые важные для формирования структуры факторы, например тепловые эффекты, сопровождающие фазовые превращения.The disadvantage of the known method is the low accuracy of predicting the properties of the resulting rolled products, since the prediction is based on a mathematical model of the behavior of the rolled metal on technological parameters, which does not take into account some factors important for the formation of the structure, for example, thermal effects accompanying phase transformations.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и решаемой задаче является способ производства металлопроката, известный из WO 9818970 [4]. Задачей известного способа является обеспечение возможности определения ожидаемых свойств конечного продукта на каждом этапе процесса горячей прокатки. Способ заключается в том, что накапливаются данные по реально проведенным процессам прокатки с фиксацией конкретных технологических параметров и определением потребительских свойств. При этом учитываются такие факторы как химический анализ прокатываемого материала, наличие карбидов и нитридов легирующих добавок (никеля, ниобия, титана и т.д.), размер и состояние аустенитных зерен, микроструктура стали и пропорции ее компонентов (аустенит, феррит, перлит, бейнит, мартенсит). На основании собранных данных методом линейной регрессии строятся физикометаллургические модели, связывающие технологические параметры (нагрев, деформация, охлаждение проката и т.д.) со свойствами готовой продукции. Используя полученные модели, можно прогнозировать свойства готовой продукции от выбранных технологических параметров или, задавшись свойствами готовой продукции, подбирать требуемые технологические параметры, осуществляя корректировку на основе онлайн измерений при процессе прокатки.Closest to the claimed in its technical essence and the problem to be solved is a method for the production of rolled metal, known from WO 9818970 [4]. The object of the known method is to enable the expected properties of the end product to be determined at each stage of the hot rolling process. The method consists in accumulating data on actually carried out rolling processes with fixing specific technological parameters and determining consumer properties. This takes into account such factors as the chemical analysis of the rolled material, the presence of carbides and nitrides of alloying additives (nickel, niobium, titanium, etc.), the size and condition of austenite grains, the microstructure of steel and the proportions of its components (austenite, ferrite, perlite, bainite , martensite). Based on the collected data, physical and metallurgical models are built using the linear regression method, linking technological parameters (heating, deformation, cooling of rolled products, etc.) with the properties of the finished product. Using the obtained models, it is possible to predict the properties of the finished product from the selected technological parameters or, having given the properties of the finished product, select the required technological parameters, making adjustments based on online measurements during the rolling process.

Недостатком известного способа является относительно невысокая точность выявления связи технологических параметров с конечным структурным состоянием проката, поскольку не учитываются тепловые эффекты, сопровождающие фазовые переходы (превращения), происходящие в прокатываемом металле в процессе деформации и охлаждения.The disadvantage of the known method is the relatively low accuracy of identifying the relationship between technological parameters and the final structural state of rolled products, since the thermal effects that accompany phase transitions (transformations) that occur in the rolled metal during deformation and cooling are not taken into account.

Заявляемый способ производства стального проката направлен на определение структурного состояния прокатанного металла по технологическим параметрам прокатки.The inventive method for the production of rolled steel is aimed at determining the structural state of the rolled metal according to the technological parameters of rolling.

Указанный результат достигается тем, что способ производства стального проката включает выплавку стали требуемого химического состава, ее прокатку с фиксацией технологических параметров и определение структурного состояния полученного проката в зависимости от реализованных технологических параметров. При этом массовые доли структурных составляющих определяют расчетно исходя из измеренной температуры поверхности металла до начала охлаждения, толщины металла и реализованного режима отвода тепла с поверхности проката, используя конечно-разностную схему решения задачи теплопроводности для среды с внутренними источниками тепловыделений с виртуальным разбиением толщины проката на слои, при этом за источники тепловыделения принимаются слои металла, в которых происходят процессы распада аустенита по хотя бы одному из механизмов: ферритному (Ф), ферритоперлитному (Ф+П), перлитному (П), бейнитному (Б), мартенситному (М), причем тип распада определяют исходя из скорости отвода тепла от слоя металла и/или его температуры, а кинетику распада задают уравнением видаThe specified result is achieved by the fact that the method for the production of rolled steel includes the smelting of steel of the required chemical composition, its rolling with the fixation of technological parameters and the determination of the structural state of the obtained rolled product depending on the implemented technological parameters. At the same time, the mass fractions of the structural components are calculated based on the measured temperature of the metal surface before the start of cooling, the thickness of the metal and the implemented mode of heat removal from the surface of the rolled product, using a finite-difference scheme for solving the problem of thermal conductivity for a medium with internal sources of heat release with a virtual division of the thickness of the rolled stock into layers , at the same time, metal layers are taken as sources of heat release, in which austenite decay processes occur according to at least one of the mechanisms: ferritic (F), ferrite-pearlitic (F + P), pearlitic (P), bainitic (B), martensitic (M), moreover, the type of decomposition is determined based on the rate of heat removal from the metal layer and/or its temperature, and the decomposition kinetics is given by an equation of the form

5Μ/3τ=ί(Τ), где ЭМ - прирост массовой доли продукта распада за время дт, с;5M/3τ=ί(Τ), where EM is the increase in the mass fraction of the decay product during the time dt, s;

T - температура, °C,T - temperature, °C,

- 2 039568 величину тепловыделения рассчитывают по уравнению- 2 039568 the amount of heat release is calculated by the equation

6Q=aMxQpi, где dQ - теплота, выделившаяся в результате распада аустенита по какому-либо механизму, Дж;6Q=aMxQpi, where dQ is the heat released as a result of the decomposition of austenite by any mechanism, J;

Qpi - удельный тепловой эффект распада аустенита по i-му механизму, Дж/кг, при этом до начала прокатки на образцах металла идентичного химического состава экспериментально определяют учитываемые при расчете удельные тепловые эффекты для реализующихся в стали данного химического состава типов распада аустенита.Q pi is the specific thermal effect of austenite decomposition by the i-th mechanism, J/kg, while before rolling on metal samples of identical chemical composition, the specific thermal effects taken into account in the calculation are experimentally determined for the types of austenite decomposition that occur in steel of a given chemical composition.

Указанный результат достигается также тем, что диапазоны температур и скоростей охлаждения, соответствующие различным механизмам распада аустенита, определяют экспериментально путем варьирования скоростей охлаждения образцов металла идентичного химического состава.This result is also achieved by the fact that the ranges of temperatures and cooling rates corresponding to different mechanisms of austenite decomposition are determined experimentally by varying the cooling rates of metal samples of identical chemical composition.

Указанный результат достигается также тем, что при задании кинетики распада аустенита используют уравнение дМ/дт =k-MA-(W/T), где дМ - прирост массовой доли продукта распада за время Эт, с;This result is also achieved by the fact that when setting the kinetics of the decomposition of austenite, the equation dM/dt =kM A -(W/T) is used, where dM is the increase in the mass fraction of the decomposition product during the time Et, s;

k - коэффициент, зависящий от механизма распада и химического состава стали;k - coefficient depending on the mechanism of decomposition and the chemical composition of the steel;

МА - массовая доля аустенита;MA - mass fraction of austenite;

W - удельная мощность отвода тепла от слоя, Вт/кг;W - specific power of heat removal from the layer, W/kg;

T - температура, °C.T - temperature, °C.

Отличительными признаками заявляемого способа являются массовые доли структурных составляющих определяют расчетно исходя из измеренной температуры поверхности металла до начала охлаждения, толщины металла и реализованного режима отвода тепла с поверхности проката;Distinctive features of the proposed method are the mass fractions of the structural components are determined by calculation based on the measured temperature of the metal surface before cooling, the thickness of the metal and the implemented mode of heat removal from the surface of the rolled product;

для расчета используют конечно-разностную схему решения задачи теплопроводности для среды с внутренними источниками тепловыделений с виртуальным разбиением толщины проката на слои;for the calculation, a finite-difference scheme for solving the problem of thermal conductivity for a medium with internal sources of heat release is used with a virtual division of the rolled product thickness into layers;

за источники тепловыделения принимаются слои металла, в которых происходят процессы распада аустенита по хотя бы одному механизму - ферритному, феррито-перлитному, перлитному, бейнитному или мартенситному;metal layers in which austenite decay processes occur according to at least one mechanism - ferritic, ferrite-pearlitic, pearlitic, bainitic or martensitic - are taken as sources of heat release;

тип распада определяют исходя из скорости отвода тепла от слоя металла и/или его температуры;the type of decomposition is determined based on the rate of heat removal from the metal layer and/or its temperature;

кинетику распада задают уравнением видаthe decay kinetics is given by an equation of the form

3Μ/3τ=£(Τ), где ЭМ - прирост массовой доли продукта распада за время Эт, с;3M/3τ=£(Τ), where EM is the increase in the mass fraction of the decay product during the time Et, s;

T - температура, °C, величину тепловыделения рассчитывают по уравнениюT - temperature, °C, the amount of heat release is calculated by the equation

6Q=6MxQpi, где dQ - теплота, выделившаяся в результате распада аустенита по какому-либо механизму, Дж;6Q=6MxQpi, where dQ is the heat released as a result of the decomposition of austenite by any mechanism, J;

Qpi - удельный тепловой эффект распада аустенита по i-му механизму, Дж/кг;Q pi - specific thermal effect of austenite decomposition according to the i-th mechanism, J/kg;

до начала прокатки на образцах металла идентичного химического состава экспериментально определяют удельные тепловые эффекты для реализующихся в стали данного химического состава типов распада аустенита;before the start of rolling on metal samples of identical chemical composition, the specific thermal effects are experimentally determined for the types of austenite decomposition that occur in steel of a given chemical composition;

диапазоны температур и скоростей охлаждения, соответствующие различным механизмам распада аустенита, определяют экспериментально путем варьирования скоростей охлаждения образцов металла идентичного химического состава;temperature ranges and cooling rates corresponding to different mechanisms of austenite decomposition are determined experimentally by varying the cooling rates of metal samples of identical chemical composition;

при задании кинетики распада аустенита используют уравнениеwhen setting the kinetics of austenite decomposition, the equation is used

ЭМ/Эт =k-MA-(W/T), где дМ - прирост массовой доли продукта распада за время дт, с;EM/Et =kM A -(W/T), where dM is the increase in the mass fraction of the decay product during the time dt, s;

k - коэффициент, зависящий от механизма распада и химического состава стали;k - coefficient depending on the mechanism of decomposition and the chemical composition of the steel;

МА - массовая доля аустенита;M A - mass fraction of austenite;

W - удельная мощность отвода тепла от слоя, Вт/кг;W - specific power of heat removal from the layer, W/kg;

T - температура, °C.T - temperature, °C.

Определение массовых долей структурных составляющих расчетно исходя из измеренной температуры поверхности металла до начала охлаждения, толщины металла и реализованного режима отвода тепла с поверхности проката и изученных тепло-физических свойств позволяет прогнозировать структуру прокатанного металла и связанных с ней потребительских свойств, не прибегая к дорогостоящим исследованиям образцов, вырезанных из готовой продукции. При этом точность прогнозирования зависит от того, какие факторы учитываются и какие из них получают путем проведения предварительных экспериментов и поэтому их достоверность не вызывает сомнения.Determining the mass fractions of structural components based on the calculated temperature of the metal surface before the start of cooling, the thickness of the metal and the implemented mode of heat removal from the surface of the rolled products and the studied thermal and physical properties makes it possible to predict the structure of the rolled metal and the consumer properties associated with it without resorting to expensive studies of samples cut from the finished product. At the same time, the accuracy of forecasting depends on which factors are taken into account and which of them are obtained by conducting preliminary experiments, and therefore their reliability is not in doubt.

Использование для расчета конечно-разностной схемы решения задачи теплопроводности для среды с внутренними источниками тепловыделений с виртуальным разбиением толщины проката на слои позволяет с высокой точностью прогнозировать структуру металла с соблюдением условия, что за источники тепловыделения принимаются слои металла, в которых происходят процессы распада аустенита и до начала прокатки на образцах металла идентичного химического состава экспериментально опреде- 3 039568 ляют удельные тепловые эффекты для реализующихся в стали данного химического состава типов распада аустенита с учетом кинетики этого распада.The use of a finite-difference scheme for solving the problem of heat conduction for a medium with internal sources of heat release with a virtual division of the thickness of the rolled stock into layers for calculation makes it possible to predict the structure of the metal with high accuracy, subject to the condition that metal layers are taken as sources of heat release, in which the processes of austenite decay occur and up to At the beginning of rolling on metal samples of identical chemical composition, specific thermal effects are experimentally determined for the types of austenite decomposition that occur in steel of a given chemical composition, taking into account the kinetics of this decomposition.

В частных случаях реализации способа диапазоны температур и скоростей охлаждения, соответствующие различным механизмам распада аустенита, определяют экспериментально путем варьирования скоростей охлаждения образцов металла идентичного химического состава. Это необходимо для реализации способа при отсутствии справочных данных для стали данного химического состава.In particular cases of the implementation of the method, the ranges of temperatures and cooling rates corresponding to different mechanisms of austenite decomposition are determined experimentally by varying the cooling rates of metal samples of identical chemical composition. This is necessary to implement the method in the absence of reference data for steel of a given chemical composition.

В некоторых случаях кинетика определяется не только температурой, но и удельной мощностью отвода тепла от слоя, для чего при ее задании используют уравнение видаIn some cases, the kinetics is determined not only by the temperature, but also by the specific power of heat removal from the layer, for which an equation of the form

где дМ - прирост массовой доли продукта распада за время дт, с;where dM is the increase in the mass fraction of the decay product over time dt, s;

k - коэффициент, зависящий от механизма распада и химического состава стали;k - coefficient depending on the mechanism of decomposition and the chemical composition of the steel;

МА - массовая доля аустенита;M A - mass fraction of austenite;

W - удельная мощность отвода тепла от слоя, Вт/кг;W - specific power of heat removal from the layer, W/kg;

T - температура, °C.T - temperature, °C.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации.The essence of the proposed method is illustrated by examples of its implementation.

Пример 1.Example 1

В наиболее предпочтительном варианте способ реализуется следующим образом. Осуществляют выплавку небольшого, достаточного для изготовления образцов для проведения исследований, количества стали требуемого химического состава, который будет подвергаться прокатке большими партиями.In the most preferred embodiment, the method is implemented as follows. A small amount of steel of the required chemical composition, sufficient for the manufacture of samples for research, is smelted, which will be subjected to rolling in large batches.

Вырезают образцы требуемого размера для проведения лабораторных экспериментов для определения тепловых параметров фазового превращения. Определяют (измеряют) тепловые эффекты фазовых превращений. Осуществляют экспериментальное или расчетное определение кинетики превращений (функций зависимостей массовых долей структурных составляющих от времени).Cut samples of the required size for laboratory experiments to determine the thermal parameters of the phase transformation. The thermal effects of phase transformations are determined (measured). Carry out experimental or calculated determination of the kinetics of transformations (functions of dependences of mass fractions of structural components on time).

Заготовку (сляб) тождественного или близкого химического состава к исследованным образцам нагревают под прокатку. В процессе прокатки фиксируют доступные технологические параметры (температура поверхности проката по его длине в начале и конце прокатки, скорость перемещения проката, количество и расположения включенных сопел охлаждения, расхода охладителя, температура поверхности проката по его длине в момент завершения ускоренного охлаждения). Полученные данные используют при конечно-разностной схеме решения задачи теплопроводности для среды с внутренними источниками тепловыделений с виртуальным разбиением толщины проката на слои, при этом источники тепловыделения включаются согласно кинетике превращения. В результате расчета определяются массовые доли структурных составляющих в слоях проката и по всей его толщине.A billet (slab) of identical or close chemical composition to the studied samples is heated for rolling. During the rolling process, the available technological parameters are fixed (the temperature of the surface of the rolled product along its length at the beginning and end of rolling, the speed of movement of the rolled product, the number and location of the included cooling nozzles, the coolant flow rate, the temperature of the surface of the rolled product along its length at the moment of completion of accelerated cooling). The data obtained are used in a finite-difference scheme for solving the problem of heat conduction for a medium with internal sources of heat release with a virtual division of the thickness of the rolled stock into layers, while the heat release sources are switched on according to the transformation kinetics. As a result of the calculation, the mass fractions of structural components in the rolled layers and throughout its entire thickness are determined.

Тепловые эффекты фазовых превращений измеряют следующим образом. В нагревательную печь помещаются температурно-однородные образцы и нагреваются до температуры, превышающей температуру образования аустенита в структуре нагреваемого материала образцов.Thermal effects of phase transformations are measured as follows. Temperature-homogeneous samples are placed in a heating furnace and heated to a temperature exceeding the temperature of austenite formation in the structure of the heated sample material.

Затем образцы охлаждают до комнатных температур однородным по температуре и скорости перемещения теплоносителем, например осушенным воздухом, по различным траекториям охлаждения, которые зависят от толщины образца и давления, с которым подается теплоноситель, т.е. от скорости охлаждения.Then the samples are cooled to room temperature with a coolant uniform in temperature and speed of movement, for example, dried air, along various cooling trajectories, which depend on the thickness of the sample and the pressure with which the coolant is supplied, i.e. on the cooling rate.

В охлажденных образцах при помощи металлографических исследований и путем измерения микротвердости определяют долю искомой фазы. Затем выбирают для анализа кривую охлаждения, реализация которой обеспечивает получение требуемой доли этой фазы.In cooled samples, using metallographic studies and by measuring microhardness, the proportion of the desired phase is determined. Then, a cooling curve is selected for analysis, the implementation of which ensures that the required proportion of this phase is obtained.

Далее участки кривой охлаждения, в которых отсутствует фазовое превращение, аппроксимируются в виде экспоненциальной зависимости температуры от времени, которая будет использована в дальнейшем для реализации расчетной процедуры определения удельного теплового эффекта при фазовом превращении.Next, the sections of the cooling curve in which there is no phase transformation are approximated as an exponential dependence of temperature on time, which will be used further to implement the calculation procedure for determining the specific thermal effect during the phase transformation.

Затем суммарный удельный тепловой эффект превращения (Qпр) может определяться методом конечных разностей ίThen the total specific thermal effect of transformation (Q pr ) can be determined by the finite difference method t

Qnp = Σ AQi где ΔQ1 - удельный тепловой эффект фазового превращения для i-того шага расчета, кДж/кг,Qnp \ u003d Σ AQi where ΔQ 1 is the specific thermal effect of the phase transformation for the i-th calculation step, kJ / kg,

где Ci - удельная теплоемкость материала на i-том шаге расчета, кДж/кг-°С;where Ci is the specific heat capacity of the material at the i-th calculation step, kJ/kg-°C;

ΔΤ - разница между реальной температурой образца и соответствующим по времени значением температуры по экспоненциальной зависимости на i-том шаге расчета за вычетом сумм этих разниц на предыдущих шагах расчета, °C.ΔΤ is the difference between the actual temperature of the sample and the corresponding time value of the temperature according to the exponential dependence at the i-th calculation step minus the sums of these differences at the previous calculation steps, °C.

Например, был проведен эксперимент для определения удельного теплового эффекта фазового превращения для стали следующего состава, мас.%: C - 0,05; Si - 0,09; Mn - 1,71; S 0,002; P - 0,008; Cr - 0,03; Ni - 0,23; Cu - 0,11; Al - 0,030; N - 0,005; V - 0,005; Ti - 0,020; Nb - 0,065; As - 0,002; Mo - 0,188; B - 0,0002; Sn - 0,003; Fe - остальное, выделяющуегося при формировании феррито-бейнитной структуры с массовой долей бейнита ~50%.For example, an experiment was conducted to determine the specific thermal effect of phase transformation for steel of the following composition, wt.%: C - 0.05; Si - 0.09; Mn - 1.71; S 0.002; P - 0.008; Cr - 0.03; Ni - 0.23; Cu - 0.11; Al - 0.030; N - 0.005; V - 0.005; Ti - 0.020; Nb - 0.065; As - 0.002; Mo - 0.188; B - 0.0002; Sn - 0.003; Fe is the rest released during the formation of a ferrite-bainitic structure with a mass fraction of bainite ~ 50%.

- 4 039568- 4 039568

Для проведения теплофизических исследований вырезали образцы с размерами 110x27x3,4 мм. Далее их утоняли на плоскошлифовальном станке и лабораторном стане до толщин 2; 1,1; 0,5; 0,25 и 0,1 мм.To conduct thermophysical studies, samples with dimensions of 110x27x3.4 mm were cut out. Then they were thinned on a surface grinding machine and a laboratory mill to a thickness of 2; 1.1; 0.5; 0.25 and 0.1 mm.

Подобные размеры образцов обеспечивают одномерный теплообмен.Such sample sizes provide one-dimensional heat transfer.

Затем в муфельной печи, оснащенной механизмом извлечения и фиксации образцов, блоком измерения температуры, узлом воздушного охлаждения с пневматической системой и узлом управления и регистрации информации, образцы нагревали до 990°C и выдерживали 40 мин при указанной температуре. Для уменьшения окисления образцов в печь производился поддув аргона.Then, in a muffle furnace equipped with a sample extraction and fixation mechanism, a temperature measurement unit, an air cooling unit with a pneumatic system, and an information control and recording unit, the samples were heated to 990°C and held for 40 min at the indicated temperature. To reduce the oxidation of the samples, argon was blown into the furnace.

Далее образцы подвергали обдуву плоским потоком воздуха под углом 15-30° к образцу с давлением 1, 2 или 4 атм. Обдув осуществлялся на специальной пневматической установке, включающей в себя блок сопел, компрессор с ресивером, редуктор, электромагнитный клапан и сенсоры для измерения давления. Указанная установка позволила обеспечить поддержание стабильного давления в магистралях в течение всего цикла обдува однородным по температуре и скорости перемещения теплоносителем.Next, the samples were blown with a flat air flow at an angle of 15–30° to the sample with a pressure of 1, 2, or 4 atm. The airflow was carried out on a special pneumatic installation, which includes a block of nozzles, a compressor with a receiver, a gearbox, an electromagnetic valve and sensors for measuring pressure. The specified installation made it possible to maintain a stable pressure in the pipelines throughout the entire blowing cycle with a coolant uniform in temperature and speed of movement.

В процессе обдува температура в точке поверхности образцов контролировалась и фиксировалась двухрежимными пирометрами ближнего инфракрасного спектра, имеющими диапазон измерения 550-1100°C, а также быстродействующим пирометром, работающим в средней части инфракрасного спектра, с диапазоном измеряемых температур 50-775°С. На основании фиксируемых значений строи лись зависимости температуры от времени охлаждения.During blowing, the temperature at a point on the surface of the samples was controlled and recorded by two-mode near infrared pyrometers with a measurement range of 550–1100°C, as well as a high-speed pyrometer operating in the middle part of the infrared spectrum, with a measured temperature range of 50–775°C. Based on the fixed values, the dependences of the temperature on the cooling time were plotted.

Аттестацию структурного состояния образцов после нагрева/охлаждения проводили по трем шлифам, соответствующим сечениям по трем плоскостям. Металлографические исследования проводили на структурном анализаторе, включающем в себя световой инвертированный металлографический микроскоп, цифровую камеру и программно-аппаратный комплекс.Certification of the structural state of the samples after heating/cooling was carried out on three thin sections corresponding to the cross sections in three planes. Metallographic studies were carried out on a structural analyzer, which includes an inverted light metallographic microscope, a digital camera, and a software and hardware complex.

В результате металлографических исследований выявили, что формирование феррито-бейнитной структуры с массовой долей бейнита 46% происходило при охлаждении образцов толщиной 1,1 мм плоским потоком воздуха под углом 15-30° к образцу с давлением 4 атм. Для последующего расчетного анализа выбирали соответствующую указанному режиму траекторию охлаждения.As a result of metallographic studies, it was revealed that the formation of a ferrite-bainite structure with a mass fraction of bainite of 46% occurred when samples 1.1 mm thick were cooled by a flat air flow at an angle of 15-30° to the sample with a pressure of 4 atm. For the subsequent computational analysis, the cooling trajectory corresponding to the indicated mode was chosen.

В результате численной обработки установили, что участки экспериментальной кривой в температурных интервалах (высокотемпературном и низкотемпературном), в которых отсутствует фазовое превращение, хорошо аппроксимируются следующими экспоненциальными функциями:As a result of numerical processing, it was found that the sections of the experimental curve in the temperature ranges (high-temperature and low-temperature), in which there is no phase transformation, are well approximated by the following exponential functions:

Т¥ = 899,1 - едгр(-0Д09т) + 22, °C (3)T ¥ \u003d 899.1 - edgr (-0D09t) + 22, ° C (3)

Та = 1420,5 ехрС - ОД 195т) + 22, °C (4)T a \u003d 1420.5 expC - OD 195t) + 22, ° C (4)

Наложение реальной траектории охлаждения и кривых, построенных по экспоненциальным зависимостям, позволяет определить температуры и времена начала и конца фазового превращения (тн, Тн; тк, Тк).The superposition of the real cooling trajectory and curves constructed from exponential dependences makes it possible to determine the temperatures and times of the beginning and end of the phase transformation (t n , T n ; tk, T c ).

Th=668°C, тн=2,9 с;Th=668°C, t=2.9 s;

Tk=380°C, тк=12,2 с.Tk=380°C, tk=12.2 s.

Длительность превращения тпр=9,3 с.The duration of the transformation t CR =9.3 s.

Длительность превращения тпр=9,3 с.The duration of the transformation t CR =9.3 s.

Далее вычислительная процедура определения удельного теплового эффекта фазового превращения °Qпр организовывалась следующим образом.Further, the computational procedure for determining the specific thermal effect of the phase transformation °Q pr was organized as follows.

Превращение начиналось при т=0. Расчет производили с шагом по времени Δτ=0.01 с. Удельную теплоемкость (С), согласно справочнику [5], получали из выраженияThe transformation started at m=0. The calculation was performed with a time step Δτ=0.01 s. The specific heat capacity (C), according to the handbook [5], was obtained from the expression

С = 0Д202-7+514,5 (5)C \u003d 0D202-7 + 514.5 (5)

На первом шаге расчета температура изменяется согласно определенной выше экспоненциальной зависимости (3).At the first step of the calculation, the temperature changes according to the exponential dependence (3) defined above.

Т1 = ир( - 0г309(т + Лт)) + Тг (6)T 1 \u003d ir (- 0 g 309 (t + Lt)) + T g (6)

ΔΤ 1 определяли из выражения (7)ΔΤ 1 was determined from expression (7)

Удельный тепловой эффект фазового превращения для первого шага расчета вычислялась как (8)The specific thermal effect of the phase transformation for the first calculation step was calculated as (8)

Для i-ro шага расчетной процедуры (^..-7,)^(-0,109 dr)+7r.(9) (10)For the i-ro step of the calculation procedure (^..-7,)^(-0.109 dr)+7 r .(9) (10)

Δ$ί - Q ΔΤ,.(11)Δ$ί - Q ΔΤ,.(11)

Вычисления продолжали до момента времени т=тк.Calculations continued until time t=t to .

Суммарный удельный тепловой эффект превращения (Q^) определяли какThe total specific thermal effect of the transformation (Q^) was determined as

Q„p =(12)Q„p =(12)

В результате реализации расчетной процедуры получилиAs a result of the implementation of the calculation procedure, we received

Qnp = 118^Qnp = 118^

Расчет массовых долей структурных составляющих осуществляется конечно-разностной схемойCalculation of mass fractions of structural components is carried out by a finite difference scheme

- 5 039568 решения задачи теплопроводности для среды с внутренними источниками тепловыделений с виртуальным разбиением толщины проката на слои с использованием зафиксированных при прокате конкретного сляба технологических параметров. Например, количество слоев=mm (500);- 5 039568 solution of the problem of thermal conductivity for a medium with internal sources of heat release with a virtual division of the thickness of rolled products into layers using the technological parameters fixed during the rolling of a specific slab. For example, number of layers=mm (500);

шаг по времени, с=tau (0,00002);time step, c=tau (0.00002);

толщина листа, m=L (0,0275);sheet thickness, m=L (0.0275);

время старта водного охлаждения, с=tstart (1);water cooling start time, s=tstart (1);

время конца расчета, с=tend (80);calculation end time, s=tend (80);

температура поверхности листа, K=T01 (1180);sheet surface temperature, K=T01 (1180);

температура середины листа, K=T00 (1200);temperature of the middle of the sheet, K=T00 (1200);

теплоемкость, Дж/(кгχK)=Cv (625);heat capacity, J/(kgχK)=Cv (625);

теплопроводность, Вт/(мχK)=Hi (30);thermal conductivity, W/(mχK)=Hi (30);

коэффициент теплообмена, 1/м=k (600);heat transfer coefficient, 1/m=k (600);

температура внешней среды, K=Tr (373);ambient temperature, K=Tr (373);

постоянная Стефана-Больцмана, Вт/(м2χK4)=Si (0,0000000567);Stefan-Boltzmann constant, W/(m 2 χK 4 )=Si (0.0000000567);

коэффициент черноты=eps (0,7);emissivity=eps(0.7);

плотность стали, кг/м3=го (7600);steel density, kg / m 3 \u003d th (7600);

переходный период при поливе водой, с=tpeг1 (0,5);transitional period during irrigation with water, c=tpeg1 (0.5);

время прохода через форсунку, с=t2 (3);time of passage through the nozzle, c=t2 (3);

переходный период во время испарения воды, e=t3 (3);transition period during water evaporation, e=t3 (3);

время до следующей форсунки после испарения воды, с=t4 (5);time to the next nozzle after water evaporation, c=t4 (5);

начальный переходный период, с=peгiod (0,1).initial transition period, s=pegiod (0.1).

Процедуру расчета осуществляют следующим образом.The calculation procedure is carried out as follows.

Обезразмеривание и расчет используемых констант.Non-dimensionalization and calculation of the used constants.

1. Рассчитываем постоянную h по формуле h=1/(mm-1).1. Calculate the constant h using the formula h=1/(mm-1).

2. Сохраняем полученное численное значение.2. Save the resulting numerical value.

3. Рассчитываем коэффициент температуропроводности (aa) по формуле aa=Hi/(Cvxro).3. Calculate the thermal diffusivity (aa) using the formula aa=Hi/(Cvxro).

4. Сохраняем полученное численное значение;4. Save the resulting numerical value;

5. Рассчитываем коэффициенты потока на границе при охлаждении по Стефану-Больцману (A) по формуле A=SixepsxTr3xL/Hi.5. Calculate the flow coefficients at the boundary during Stefan-Boltzmann cooling (A) using the formula A=SixepsxTr 3 xL/Hi.

6. Сохраняем полученное численное значение.6. Save the resulting numerical value.

7. Рассчитываем коэффициенты потока на границе при водном охлаждении (B) по формуле B=Lxk.7. Calculate the flow coefficients at the boundary with water cooling (B) using the formula B=Lxk.

8. Сохраняем полученное численное значение.8. Save the resulting numerical value.

9. Рассчитываем время tper2 по формуле tper2=tper1+t2.9. Calculate the time tper2 using the formula tper2=tper1+t2.

10. Сохраняем полученное численное значение.10. Save the resulting numerical value.

11. Рассчитываем время tper3 по формуле tper3=tper2+t3.11. Calculate the time tper3 using the formula tper3=tper2+t3.

12. Сохраняем полученное численное значение.12. Save the resulting numerical value.

13. Рассчитываем время tper4 по формуле tper4=tper3+t4.13. Calculate the time tper4 using the formula tper4=tper3+t4.

14. Сохраняем полученное численное значение.14. Save the resulting numerical value.

15. Рассчитываем безразмерный шаг по времени (tau2) tau2=tauxaa/L2.15. Calculate the dimensionless time step (tau2) tau2=tauxaa/L 2 .

16. Сохраняем полученное численное значение.16. Save the resulting numerical value.

17. Определяем суммарное время как vrem и присваиваем ему численное значение vrem=0. Координаты слоев.17. Define the total time as vrem and assign it the numerical value vrem=0. Layer coordinates.

Лист по сечению разбивается на слои. Количество слоев=mm. Каждому слою присваивается номер (i). i является целым числом от 1 до mm.The sheet is divided into layers by section. Number of layers=mm. Each layer is assigned a number (i). i is an integer from 1 to mm.

1. Для каждого слоя рассчитываем его координату в диапазоне от -1 до 1 по формуле xi=-1+2x(i-1)xh.1. For each layer, calculate its coordinate in the range from -1 to 1 using the formula xi=-1+2x(i-1)xh.

2. Сохраняем полученные числовые значения xi для каждого слоя.2. Save the obtained numerical values xi for each layer.

Расчет начальных температур слоев.Calculation of the initial temperatures of the layers.

1. Для каждого слоя рассчитываем его начальную безразмерную температуру (T0(i)) по формуле T0(i)=(T01 +(T00-T01)χ (1 -x2))/Tr.1. For each layer, we calculate its initial dimensionless temperature (T 0 (i)) using the formula T0(i)=(T01 +(T00-T01)χ (1 -x 2 ))/Tr.

2. Сохраняем полученные числовые значения T0(i) для каждого слоя.2. Save the obtained numerical values T 0 (i) for each layer.

3. Рассчитываем начальные температуры слоев с размерностью по формуле3. We calculate the initial temperatures of the layers with the dimension according to the formula

T0(i)real=T0(i)xTr.T0(i)real=T0(i)xTr.

4. Сохраняем полученные значения T0(i)real.4. Save the obtained values T 0 (i) real .

Расчет граничных условий исходя из начального распределения температур.Calculation of boundary conditions based on the initial temperature distribution.

1. Производим вычисление численного значения dTdx0 по формуле dTdx0=(T0(2)-T0(1))/h, где T0(1) - начальная безразмерная температура первого (крайнего) слоя;1. We calculate the numerical value dTdx0 according to the formula dTdx0=(T0(2)-T0(1))/h, where T0(1) is the initial dimensionless temperature of the first (extreme) layer;

T0(2) - начальная безразмерная температура второго слоя.T0(2) is the initial dimensionless temperature of the second layer.

2. Сохраняем полученное значение.2. We save the received value.

- 6 039568- 6 039568

После этого начинаем следующую последовательность расчетных процедур.After that, we begin the next sequence of calculation procedures.

Расчет температур внутренних слоев на следующем шаге.Calculation of the temperatures of the inner layers in the next step.

Для каждого слоя кроме крайних, т.е. для i в диапазоне от 2 до (mm-1), рассчитывается его безразмерная температура на следующем шаге по времени, т.е. осуществляется расчет обезразмеренной температуры слоя через время, равное tau.For each layer, except for the extreme ones, i.e. for i in the range from 2 to (mm-1), its dimensionless temperature is calculated at the next time step, i.e. the dimensionless temperature of the layer is calculated after a time equal to tau.

1. Обозначим безразмерную температуру слоя на следующем шаге по времени как T1(i).1. Denote the dimensionless layer temperature at the next time step as T1(i).

2. Рассчитываем численные значения T1(i) по формуле2. Calculate the numerical values of T1(i) using the formula

T1(i)=T0(i)+tau2x(T0(i+1)+T0(i-1)-2xT0(i))/h2, где T0(i) - начальная безразмерная температура слоя, для которого производится расчет;T1(i)=T0(i)+tau2x(T0(i+1)+T0(i-1)-2xT0(i))/h 2 , where T 0 (i) is the initial dimensionless temperature of the layer for which calculation;

T0(i+1) и T0(i-1) - начальные безразмерные температуры соседних слоев.T 0 (i+1) and T 0 (i-1) - initial dimensionless temperatures of neighboring layers.

3. Сохраняем полученные численные значения T1(i) для каждого слоя (кроме крайних).3. Save the obtained numerical values T1(i) for each layer (except for the extreme ones).

4. Придаем размерность значениям T1(i), полученным в п.2, по формуле4. We give dimension to the values of T1(i) obtained in Section 2, according to the formula

Τι(ϊ)^=Τι(ϊ)χΤγ.Τι(ϊ)^=Τι(ϊ)χΤγ.

5. Сохраняем полученные значения T1(i)real для каждого слоя. Расчет температур крайних слоев на следующем шаге.5. Save the obtained values T 1 (i) real for each layer. Calculation of the temperatures of the extreme layers in the next step.

Для крайних слоев (i=1 и i=mm) следует произвести расчет безразмерных температур на следующем шаге по времени, т.е. осуществить расчет безразмерных температур слоев через время, равное tau.For the extreme layers (i=1 and i=mm), the dimensionless temperatures should be calculated at the next time step, i.e. calculate the dimensionless temperatures of the layers after a time equal to tau.

1. Переопределяем суммарное время vrem по формуле vrem=vrem+tau.1. Redefine the total time vrem by the formula vrem=vrem+tau.

2. Проверяем, не превышает ли суммарное время начальный переходный период: vrem<period;2. Check if the total time does not exceed the initial transition period: vrem<period;

3. Если условие в п.2 выполняется, то следует перейти к п.4. Если условие в п.2 не выполняется, то следует перейти к п.7.3. If the condition in paragraph 2 is met, then go to paragraph 4. If the condition in paragraph 2 is not met, then go to paragraph 7.

4. Рассчитываем поток на границе (Jh) по формуле4. Calculate the flow at the boundary (Jh) using the formula

Jh=Ax(T0(1)4-(300/Tr)4), где T0(1) - начальная безразмерная температура первого (крайнего) слоя.Jh=Ax(T0(1) 4 -(300/Tr) 4 ), where T 0 (1) is the initial dimensionless temperature of the first (extreme) layer.

5. Рассчитываем безразмерные температуры крайних (T1(1) и T1(mm)) слоев на следующем шаге по формуле5. Calculate the dimensionless temperatures of the outer (T1(1) and T1(mm)) layers at the next step using the formula

T1(1)=T1 (mm)=T 1 (2)-hx (dT dx0+(Jh-dT dx0)x vrem/period), где T1(2) - рассчитанная ранее температура второго слоя после шага по времени.T1(1)=T1 (mm)=T 1 (2)-hx (dT dx0+(Jh-dT dx0)x vrem/period), where T1(2) is the previously calculated temperature of the second layer after the time step.

6. Переходим в п.17.6. Go to step 17.

7. Проверяем, не превышает ли суммарное время (vrem) время старта водного охлаждения (tstart): vrem<tstart.7. Check if the total time (vrem) does not exceed the water cooling start time (tstart): vrem<tstart.

8. Если условие в п.7 выполняется, то переходим к п.9. Если же оно не выполняется, то переходим к п.12.8. If the condition in item 7 is satisfied, then go to item 9. If it is not fulfilled, then go to step 12.

9. Рассчитываем поток на границе (Jh) по формуле9. Calculate the flow at the boundary (Jh) using the formula

Jh=Ax(T0(1)4-(300/Tr)4), где T0(1) - начальная безразмерная температура первого (крайнего) слоя.Jh=Ax(T0(1)4-(300/Tr) 4 ), where T0(1) is the initial dimensionless temperature of the first (marginal) layer.

10. Рассчитываем безразмерные температуры крайних (T1(1) и T1(mm)) слоев на следующем шаге по формуле10. Calculate the dimensionless temperatures of the extreme (T1(1) and T1(mm)) layers at the next step using the formula

T1(1)=T1(mm)=T1(2)-hxJh, где T1(2) - рассчитанная ранее температура второго слоя после шага по времени.T1(1)=T1(mm)=T1(2)-hxJh, where T 1 (2) is the previously calculated temperature of the second layer after the time step.

11. Переходим к п.17.11. Go to item 17.

12. Определяем vrem1 по формуле vrem1=vrem-tstart.12. Determine vrem1 using the formula vrem1=vrem-tstart.

13. Определяем tt по формуле tt=vrem1-int(vrem1/tper4)xtper4, где int(vrem1/tper4) - целая часть результата деления vrem1 на tper4 (число до запятой).13. Determine tt using the formula tt=vrem1-int(vrem1/tper4)xtper4, where int(vrem1/tper4) is the integer part of the result of dividing vrem1 by tper4 (the number before the comma).

14. Определяем, в каком численном диапазоне находится tt, и в соответствии с этим рассчитываем значение C. Если tt<tper1, то рассчитываем C по формуле C=tt/tper1. Если tper1<tt<tper2, то C=1. Если tper2<tt<tper3, то рассчитываем C по формуле C=1-(tt-tper2)/(tper3-tper2). Если tper3<tt<tper4, то C=0.14. Determine in which numerical range tt is located, and in accordance with this, calculate the value of C. If tt<tper1, then calculate C using the formula C=tt/tper1. If tper1<tt<tper2 then C=1. If tper2<tt<tper3, then calculate C using the formula C=1-(tt-tper2)/(tper3-tper2). If tper3<tt<tper4 then C=0.

15. Рассчитываем поток на границе (Jh) по формуле15. Calculate the flow at the boundary (Jh) using the formula

Jh=Ax(T0(1)4-(300/Tr)4)+CxBx(T0(1)-1), где T0(1) - начальная безразмерная температура первого (крайнего) слоя.Jh=Ax(T0(1) 4 -(300/Tr) 4 )+CxBx(T0(1)-1), where T0(1) is the initial dimensionless temperature of the first (extreme) layer.

16. Рассчитываем безразмерные температуры крайних (T1(1) и T1(mm)) слоев на следующем шаге по формуле16. Calculate the dimensionless temperatures of the extreme (T1(1) and T1(mm)) layers at the next step using the formula

T1(1)=T1(mm)=T1(2)-hxJh, где T1(2) - рассчитанная ранее температура второго слоя после шага по времени.T 1 (1)=T 1 (mm)=T 1 (2)-hxJh, where T1(2) is the previously calculated temperature of the second layer after the time step.

17. Сохраняем полученные численные значения T1(1) и T1(mm).17. Save the obtained numerical values of T1(1) and T1(mm).

18. Придаем размерность значениям T1(1) и T1(mm), полученным в п.16, по формуле T1(i)real=T1(i)xTr.18. We give dimension to the values T1(1) and T1(mm), obtained in item 16, according to the formula T1(i)real=T1(i)xTr.

19. Сохраняем полученные значения T1(i)real для обоих слоев.19. Save the obtained values T1(i) real for both layers.

Расчет параметра W/T.W/T parameter calculation.

- 7 039568- 7 039568

1. Для слоев i=1; i=int(mm/2); i=int(mm/4); i=int(mm/8), где int(mm/...) - целая часть результата деления, необходимо вычислить значение параметра W/T по формуле1. For layers i=1; i=int(mm/2); i=int(mm/4); i=int(mm/8), where int(mm/...) is the integer part of the division result, you need to calculate the value of the W/T parameter using the formula

W^i)=((T0(i)-T1^W^i)=((T0(i)-T1^

2. Полученные значения W/T(i) для четырех слоев необходимо сохранить. Для любого момента распада аустенита справедливо соотношение Myi=1-MnPi (13) где Mγi - текущая массовая доля аустенита от 1 в начале превращения до 0,03 в конце превращения;2. The obtained W/T(i) values for the four layers must be saved. For any moment of decomposition of austenite, the relation Myi=1-MnPi (13) is valid where M γi is the current mass fraction of austenite from 1 at the beginning of the transformation to 0.03 at the end of the transformation;

МПРi - текущая массовая доля продуктов превращенияM PRi - current mass fraction of conversion products

MnPi =М(ф + п).+ МбВ!+ МБН! + Мм! (14) где М(Ф+П)i - текущая массовая доля феррита и перлита;MnPi =M( f + p ).+ MbV!+ Mbn! + Mm! (14) where М( Ф+П ) i - current mass fraction of ferrite and pearlite;

МБВi - текущая массовая доля верхнего бейнита;M BVi - current mass fraction of upper bainite;

МБНi - текущая массовая доля нижнего бейнита;M BNi - current mass fraction of lower bainite;

ММi - текущая массовая доля мартенсита.M Mi - current mass fraction of martensite.

Рассчитываем Ti, которая является температурой, до которой охладился металл за Δt=0,01 с.We calculate Ti, which is the temperature to which the metal has cooled in Δt=0.01 s.

Т| - To-{Voxni * 0,01 С ) (15) где VОХЛi - значение скорости охлаждения, соответствующее значению температуры T0.T| - To-{Voxni * 0.01 С ) (15) where V ОХЛi is the cooling rate value corresponding to the temperature value T 0 .

Дж .J.

Определяем параметр Wi - текущую мощность теплового потока, х™* Wi = Voxni х Ci, {16) где ci - текущая удельная теплоемкостьWe determine the parameter Wi - the current power of the heat flow, x ™ * Wi = Voxni x Ci, (16) where ci is the current specific heat

Cj = 0,122022 х Tj * 514,5 (17)Cj \u003d 0.122022 x Tj * 514.5 (17)

Определяем текущее значение параметра Wi/Ti, деля текущую мощность теплового потока на текущую температуру.We determine the current value of the Wi/Ti parameter by dividing the current heat flux power by the current temperature.

Определяем, в какой из интервалов попало численное значение Wi/Ti. Ниже приведены интервалы сWe determine in which of the intervals the numerical value of Wi/Ti falls. Below are the intervals

их названиями и релевантными для них интервалами температур. their names and their relevant temperature ranges. Название интервала Interval name Интервал Interval Интервал температур Temperature range Изотермический Isothermal 0 < Wi / Ti < 1 0 < Wi / Ti < 1 525 °C - 25 °C 525°C - 25°C Ф + П F + P 1 Wi / Ti < 50 1 Wi / Ti < 50 675 °C - 200,01 °C 675°C - 200.01°C Ф + П + БВ F + P + BV 50 £ Wi / Ti < 60 £50 Wi / Ti < 60 675 °C - 200,01 °C 675°C - 200.01°C БВ BV 60^Wi/Ti< 105 60^Wi/Ti< 105 700 °C - 200,01 °C 700°C - 200.01°C БВ + БН BV + BN 105^ Wi/Ti <305 105^ Wi/Ti <305 700 °C - 200,01 °C 700°C - 200.01°C БН + М BN + M 305 < Wi / Ti < 455 305 < Wi / Ti < 455 700 °C - 200,01 °C 700°C - 200.01°C М M 455 < Wi / Ti 455 < Wi / Ti 200 °C - 25 °C 200°C - 25°C

Массовая доля образовавшихся феррита и перлита рассчитывается по формулеThe mass fraction of ferrite and pearlite formed is calculated by the formula

ΔΜ(ф + п). - 0,0000593 х (1 - Μφ + п - Мбв - Мбн - Мм) х Wi / Ti И S) где Wi, Ti - значения, взятые из соответствующего расчета;ΔΜ (f + p) . - 0.0000593 x (1 - Μφ + p - Mbv - Mbn - Mm) x Wi / Ti and S) where Wi, Ti - values taken from the corresponding calculation;

МФ+П - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля феррита и перлита;M F+P is the total mass fraction of ferrite and pearlite that has formed up to this point;

МБВ - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля верхнего бейнита;MBV is the total mass fraction of upper bainite formed up to this point;

МБН - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля нижнего бейнита;MBN is the total mass fraction of lower bainite formed up to this point;

ММ - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля мартенсита.MM is the total mass fraction of martensite formed up to this point.

После расчета образовавшейся на этом шаге массовой доли феррита и перлита следует учесть тепловой эффект превращения. В нашем случае это значит расчет того, до какой температуры металл разогрелся после охлаждения в результате превращения. Для этого рассчитываем температуру после разогрева по формулеAfter calculating the mass fraction of ferrite and pearlite formed at this step, the thermal effect of transformation should be taken into account. In our case, this means calculating the temperature to which the metal is heated after cooling as a result of the transformation. To do this, we calculate the temperature after heating according to the formula

Тразогр = Ti + (140 х ΔΜ(φ + п)|/Ci) (19) где Ti - значение, взятое из предыдущего расчета;Trazogr \u003d Ti + (140 x ΔM (φ + p) | / Ci) (19) where Ti is the value taken from the previous calculation;

ΔМ(Ф+П)i - рассчитанная на этом шаге в п.1 массовая доля феррита и перлита;ΔМ( Ф+П ) i is the mass fraction of ferrite and pearlite calculated at this step in paragraph 1;

ci - рассчитанная по формуле (17) удельная теплоемкость.ci is the specific heat capacity calculated by formula (17).

Полученную массовую долю необходимо суммировать с уже полученными массовыми долями феррита и перлита (если таковые образовались) Полученную массовую долю необходимо суммировать с уже полученными массовыми долями феррита, перлита, верхнего бейнита, нижнего бейнита, мартенсита (если таковые уже образовались) и сохранить это значение.The resulting mass fraction must be added to the already obtained mass fractions of ferrite and pearlite (if any have formed) The resulting mass fraction must be summed up with the mass fractions already obtained of ferrite, pearlite, upper bainite, lower bainite, martensite (if any have already formed) and save this value.

Массовая доля образовавшегося верхнего бейнита рассчитывается по формулеThe mass fraction of the formed upper bainite is calculated by the formula

ΔΜββϊ = 0,0000843 х (1 - Μφ + п - Мбв - Мбн - Мм) х Wi / Ti (20) где Wi, Ti - значения, взятые из соответствующего расчета,ΔΜββϊ = 0.0000843 x (1 - Μφ + p - Mbw - Mbn - Mm) x Wi / Ti (20) where Wi, Ti are the values taken from the corresponding calculation,

МФ+П - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля феррита и перлита;M F+P is the total mass fraction of ferrite and pearlite that has formed up to this point;

МБВ - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля верхнего бейнита;M BV is the total mass fraction of upper bainite formed up to this point;

- 8 039568- 8 039568

МБН - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля нижнего бейнита;MBN is the total mass fraction of lower bainite formed up to this point;

ММ - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля мартенсита.M M is the total mass fraction of martensite formed up to this point.

После расчета образовавшейся на этом шаге массовой доли верхнего бейнита следует учесть тепловой эффект превращения. В нашем случае это значит расчет того, до какой температуры металл разогрелся после охлаждения в результате превращения. Для этого рассчитываем температуру после разогрева по формулеAfter calculating the mass fraction of upper bainite formed at this step, the thermal effect of transformation should be taken into account. In our case, this means calculating the temperature to which the metal is heated after cooling as a result of the transformation. To do this, we calculate the temperature after heating according to the formula

Тразогр = Ti + (115 χ ΔΜββϊ / Cl) (21) где Ti - значение, взятое из предыдущего расчета;Trazogr = Ti + (115 χ ΔΜββϊ / Cl) (21) where Ti is the value taken from the previous calculation;

ΔМБВi - рассчитанная на этом шаге в п.1 массовая доля верхнего бейнита;ΔM BVi - calculated at this step in paragraph 1, the mass fraction of the upper bainite;

ci - рассчитанная по формуле (17) удельная теплоемкость.ci is the specific heat capacity calculated by formula (17).

Массовая доля образовавшегося нижнего бейнита рассчитывается по формулеThe mass fraction of the formed lower bainite is calculated by the formula

ΔΜβηι = 0,0000843 * (1 - Мф + л - Мбв - Мбн - Мм) * Wi / Τι (22) где Wi, Ti - значения, взятые из соответствующего расчета;ΔΜβηι \u003d 0.0000843 * (1 - Mf + l - Mbv - Mbn - Mm) * Wi / Τι (22) where Wi, Ti are the values taken from the corresponding calculation;

МФ+П - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля феррита и перлита;M F+P is the total mass fraction of ferrite and pearlite that has formed up to this point;

МБВ - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля верхнего бейнита;M BV is the total mass fraction of upper bainite formed up to this point;

МБН - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля нижнего бейнита;M BN is the total mass fraction of lower bainite formed by this moment;

ММ - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля мартенсита.MM is the total mass fraction of martensite formed up to this point.

После расчета образовавшейся на этом шаге массовой доли нижнего бейнита следует учесть тепловой эффект превращения. В нашем случае это значит расчет того, до какой температуры металл разогрелся после охлаждения в результате превращения. Для этого рассчитываем температуру после разогрева по формулеAfter calculating the mass fraction of lower bainite formed at this step, the thermal effect of transformation should be taken into account. In our case, this means calculating the temperature to which the metal is heated after cooling as a result of the transformation. To do this, we calculate the temperature after heating according to the formula

Тразогр = Τΐ + (115* ΔΜβΙ-Ιί / Ci) (23) где Ti - значение, взятое из предыдущего расчета;Trazogr = Τΐ + (115* ΔΜβΙ-Ιί / Ci) (23) where Ti is the value taken from the previous calculation;

ΔМБНi - рассчитанная на этом шаге в п.1 массовая доля нижнего бейнита;ΔM BHi - calculated at this step in paragraph 1, the mass fraction of the lower bainite;

ci - рассчитанная по формуле (17) удельная теплоемкость.ci is the specific heat capacity calculated by formula (17).

Массовая доля образовавшегося мартенсита рассчитывается по формулеThe mass fraction of the formed martensite is calculated by the formula

ΔΜμϊ = (1 - Μφ + п - Мбв - Мбн - Мм) х (1 - ((Ti - 25)/270)3) (24) где Ti - значение, взятое из предыдущего расчета;ΔΜμϊ = (1 - Μφ + p - Mbw - Mbn - Mm) x (1 - ((Ti - 25)/270) 3 ) (24) where T i is the value taken from the previous calculation;

МФ+П - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля феррита и перлита;M F+P is the total mass fraction of ferrite and pearlite that has formed up to this point;

МБВ - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля верхнего бейнита;M BV is the total mass fraction of upper bainite formed up to this point;

МБН - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля нижнего бейнита;M BN is the total mass fraction of lower bainite formed by this moment;

ММ - суммарная, образовавшаяся к данному моменту массовая доля мартенсита.MM is the total mass fraction of martensite formed up to this point.

После расчета образовавшейся на этом шаге массовой доли мартенсита следует учесть тепловой эффект превращения. В нашем случае это значит расчет того, до какой температуры металл разогрелся после охлаждения в результате превращения. Для этого рассчитываем температуру после разогрева по формулеAfter calculating the mass fraction of martensite formed at this step, the thermal effect of transformation should be taken into account. In our case, this means calculating the temperature to which the metal is heated after cooling as a result of the transformation. To do this, we calculate the temperature after heating according to the formula

Тразогр = Ti + (15 х ΔΜΜΪ / Ci) (25) где Ti - значение, взятое из предыдущей последовательности 1;Trazogr = Ti + (15 x ΔΜΜΪ / Ci) (25) where Ti is the value taken from the previous sequence 1;

ΔММi - рассчитанная на этом шаге в п.1 массовая доля мартенсита; ΔM Mi is the mass fraction of martensite calculated at this step in paragraph 1;

ci - рассчитанная по формуле (17) удельная теплоемкость.c i - specific heat capacity calculated by formula (17).

Доля не превратившегося аустенита рассчитывается какThe proportion of untransformed austenite is calculated as

Ма = 0,97 - Мф +п - Мбв--Мбн - Мм (26) где МФ+П - суммарная, образовавшаяся массовая доля феррита и перлита;Ma \u003d 0.97 - Mf + p - Mbv - Mbn - Mm (26) where M F + P is the total formed mass fraction of ferrite and pearlite;

МБВ - суммарная, образовавшаяся массовая доля верхнего бейнита;MBV - total formed mass fraction of upper bainite;

МБН - суммарная, образовавшаяся массовая доля нижнего бейнита;M BN is the total resulting mass fraction of the lower bainite;

ММ - суммарная, образовавшаяся доля мартенсита.MM is the total formed fraction of martensite.

Пример 2.Example 2

Для стали химического состава, приведенного в табл. 1, сначала задавали кинетику фазового превращения согласно примеру 1 и экспериментально определяли тепловые эффекты фазовых превращений.For steel of the chemical composition given in table. 1, first set the kinetics of the phase transformation according to example 1 and experimentally determined the thermal effects of phase transformations.

Таблица 1Table 1

Химический состав опытной плавки, мас.%The chemical composition of the pilot melt, wt.%

С With Si Si Мп MP S S Р R Сг SG Ni Ni Си Xi AI AI N N V V Ti Ti Nb Nb As As Mo Mo В AT Sn sn 0,07 0.07 0,07 0.07 1,75 1.75 0,002 0.002 0,005 0.005 0,04 0.04 0,19 0.19 0,15 0.15 0,03 0.03 0,005 0.005 0,002 0.002 0,018 0.018 0,051 0.051 0,001 0.001 0,135 0.135 0,0003 0.0003 0,003 0.003

Затем осуществляли опытно-промышленную прокатку на стане г/п двух листов из стали указанного химического состава. При этом производили виртуальное послойное разбиение проката на 50 слоев при толщине каждого слоя ~0,6 мм и фиксировали технологические параметры производства, указанные в табл. 2.Then carried out pilot rolling on the mill hot-rolled two sheets of steel of the specified chemical composition. At the same time, a virtual layer-by-layer division of the rolled product into 50 layers was carried out with a thickness of each layer of ~0.6 mm and the technological production parameters indicated in Table 1 were recorded. 2.

- 9 039568- 9 039568

Таблица 2table 2

Параметры режима опытной прокаткиExperimental rolling mode parameters

Температура, конца прокатки, °C Temperature, end of rolling, °C Температура поверхности листа после УО, °C Sheet surface temperature after UV, °C Скорость раската в линии УО, м/с Roll speed in the UO line, m/s 840 840 610 610 2,0 2.0

Расчет массовых долей структурных составляющих осуществлялся конечно-разностной схемой решения задачи теплопроводности для среды с внутренними источниками тепловыделений с виртуальным разбиением толщины проката на слои с использованием зафиксированных при прокате конкретного сляба технологических параметров по изложенной выше методике.The calculation of the mass fractions of structural components was carried out by a finite-difference scheme for solving the problem of thermal conductivity for a medium with internal sources of heat release with a virtual division of the thickness of rolled products into layers using the technological parameters fixed during the rolling of a particular slab according to the method described above.

В результате расчета по измеренным технологическим параметрам было определено следующее структурное состояние в массовых долях структурных составляющих по толщине раската: ~50% бейнита, ~50% феррита и перлита.As a result of the calculation, according to the measured technological parameters, the following structural state was determined in mass fractions of structural components along the thickness of the roll: ~50% bainite, ~50% ferrite and pearlite.

Для оценки надежности прогноза после прокатки вдоль осевых линий листов вырезалось по 10 образцов для структурных исследований. Позиции резки распределяли равномерно по длине проката. Аттестацию структурного состояния проводили по трем шлифам, соответствующим сечениям по трем плоскостям. Металлографические исследования проводили на структурном анализаторе, включающем в себя световой инвертированный металлографический микроскоп, цифровую камеру и программноаппаратный комплекс.To assess the reliability of the prediction after rolling along the axial lines of the sheets, 10 samples were cut for structural studies. The cutting positions were evenly distributed along the length of the rolled product. The attestation of the structural state was carried out on three thin sections, corresponding to sections along three planes. Metallographic studies were carried out on a structural analyzer, which includes an inverted light metallographic microscope, a digital camera, and a software and hardware complex.

В результате металлографических исследований выявили, что в усредненных данных в результате реальной прокатки по указанному режиму была сформирована структура с долей бейнита -48%. Это говорит об адекватности использования расчетного метода определения структурного состояния в процессе реализации способа производства стального проката.As a result of metallographic studies, it was revealed that in the averaged data, as a result of real rolling according to the specified mode, a structure with a bainite fraction of -48% was formed. This indicates the adequacy of using the calculation method for determining the structural state in the process of implementing the method for the production of rolled steel.

Пример 3.Example 3

Для стали химического состава, приведенного в табл. 3, сначала задавали кинетику фазового превращения согласно примеру 1 и экспериментально определяли тепловые эффекты фазовых превращений.For steel of the chemical composition given in table. 3, the kinetics of the phase transformation was first set according to example 1 and the thermal effects of the phase transformations were determined experimentally.

Таблица 3Table 3

Химический состав опытной плавки, мас.%The chemical composition of the pilot melt, wt.%

С With Si Si Мп MP S S Р R Сг SG Ni Ni Си Xi AI AI N N V V Ti Ti Nb Nb As As Mo Mo В AT Sn sn 0,05 0.05 0,07 0.07 1,5 1.5 0,003 0.003 0,003 0.003 0,04 0.04 0,15 0.15 0,12 0.12 0,03 0.03 0,005 0.005 0,004 0.004 0,022 0.022 0,051 0.051 0,001 0.001 0,191 0.191 0,0003 0.0003 0,003 0.003

Затем осуществляли опытно-промышленную прокатку на стане г/п двух листов из стали указанного химического состава. При этом производили виртуальное послойное разбиение проката на 50 слоев при толщине каждого слоя ~0,4 мм и фиксировали технологические параметры производства, указанные в табл. 4.Then carried out pilot rolling on the mill hot-rolled two sheets of steel of the specified chemical composition. At the same time, a virtual layer-by-layer division of the rolled product into 50 layers was carried out with a thickness of each layer of ~0.4 mm and the technological production parameters indicated in Table 1 were recorded. 4.

Таблица 4Table 4

Параметры режима опытной прокаткиExperimental rolling mode parameters

Температура, конца прокатки, °C Temperature, end of rolling, °C Температура поверхности листа после УО, °C Sheet surface temperature after UV, °C Скорость раската в линии УО, м/с Roll speed in the UO line, m/s 840 840 530 530 1,1 1.1

Расчет массовых долей структурных составляющих осуществлялся конечно-разностной схемой решения задачи теплопроводности для среды с внутренними источниками тепловыделений с виртуальным разбиением толщины проката на слои с использованием зафиксированных при прокате конкретного сляба технологических параметров по изложенной выше методике.The calculation of the mass fractions of structural components was carried out by a finite-difference scheme for solving the problem of thermal conductivity for a medium with internal sources of heat release with a virtual division of the thickness of rolled products into layers using the technological parameters fixed during the rolling of a particular slab according to the method described above.

В результате расчета по приведенному режиму было определено следующее структурное состояние в массовых долях структурных составляющих по толщине раската: ~25% верхнего, ~70% нижнего бейнита и остаточный аустенит.As a result of the calculation according to the reduced regime, the following structural state was determined in mass fractions of structural components along the thickness of the roll: ~ 25% of the upper, ~ 70% of the lower bainite and residual austenite.

Для оценки надежности прогноза после прокатки вдоль осевых линий листов вырезалось по 10 образцов для структурных исследований. Позиции резки распределяли равномерно по длине проката. Аттестацию структурного состояния проводили по трем шлифам, соответствующим сечениям по трем плоскостям. Металлографические исследования проводили на структурном анализаторе, включающем в себя световой инвертированный металлографический микроскоп, цифровую камеру и программноаппаратный комплекс.To assess the reliability of the prediction after rolling along the axial lines of the sheets, 10 samples were cut for structural studies. The cutting positions were evenly distributed along the length of the rolled product. The attestation of the structural state was carried out on three thin sections, corresponding to sections along three planes. Metallographic studies were carried out on a structural analyzer, which includes an inverted light metallographic microscope, a digital camera, and a software and hardware complex.

В результате металлографических исследований выявили, что в усредненных данных в результате реальной прокатки по указанному режиму была сформирована структура с долей верхнего бейнита ~22% и нижнего бейнита ~72%, остальное - карбиды и нитриды, МА-составляющая и остаточный аустенит ~6%. Это говорит об адекватности использования расчетного метода определения структурного состояния в процессе реализации способа производства стального проката при условии предварительного полученияAs a result of metallographic studies, it was revealed that in the averaged data as a result of real rolling according to the indicated mode, a structure was formed with a share of upper bainite ~ 22% and lower bainite ~ 72%, the rest - carbides and nitrides, MA component and residual austenite ~ 6%. This indicates the adequacy of using the calculation method for determining the structural state in the process of implementing the method for the production of rolled steel, subject to prior receipt

- 10 039568 экспериментальным путем используемых при расчете данных.- 10 039568 experimentally used in the calculation of the data.

Список литературы.Bibliography.

1. RU 2563911.1. RU 2563911.

2. RU 2457054.2. RU 2457054.

3. RU 2016133849.3. RU 2016133849.

4. WO 9818970.4. WO 9818970.

5. Расчет теплоемкости низкоуглеродистой низколегированной стали при моделировании неизотермических фазовых превращений / Д.А. Иванов, Н.В. Куваев, Т.В. Куваева // Теория и практика металлургии, №1-2, 2010, с. 43-48.5. Calculation of the heat capacity of low-carbon low-alloy steel when modeling non-isothermal phase transformations / D.A. Ivanov, N.V. Kuvaev, T.V. Kuvaeva // Theory and practice of metallurgy, №1-2, 2010, p. 43-48.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM

Claims (3)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ производства проката из стали, включающий выплавку стали требуемого химического состава, ее прокатку с фиксацией технологических параметров и определение структурного состояния полученного проката в зависимости от реализованных технологических параметров, при этом температуры слоев стального проката и массовые доли продуктов распада аустенита в слоях определяют расчетно исходя из измеренной температуры поверхности проката до начала охлаждения, его толщины и реализованного режима отвода тепла с поверхности проката, используя метод конечных разностей для решения задачи теплопроводности для среды с внутренними источниками тепловыделений с виртуальным разбиением толщины проката на слои, при этом за источники тепловыделений принимаются слои проката, в которых согласно расчету происходят процессы распада аустенита по хотя бы одному из типов: ферритному (Ф), феррито-перлитному (Ф+П), перлитному (П), бейнитному (Б), мартенситному (М), причем тип распада определяют исходя из температуры слоя, и/или скорости охлаждения, и/или удельной мощности отвода тепла от слоя, прирост массовой доли продуктов распада аустенита (3Μ/3τ) определяют исходя из температуры, и/или скорости охлаждения, и/или удельной мощности отвода тепла от слоя и величину тепловыделения рассчитывают по уравнению1. A method for the production of rolled steel, including the smelting of steel of the required chemical composition, its rolling with the fixation of technological parameters and the determination of the structural state of the resulting rolled products depending on the implemented technological parameters, while the temperatures of the layers of rolled steel and the mass fractions of austenite decomposition products in the layers are determined by calculation based on the measured temperature of the surface of the rolled product before the start of cooling, its thickness and the implemented mode of heat removal from the surface of the rolled product, using the finite difference method to solve the problem of heat conduction for a medium with internal sources of heat release with a virtual division of the thickness of the rolled product into layers, while layers are taken as heat release sources rolled products, in which, according to the calculation, austenite decomposition processes occur according to at least one of the types: ferritic (F), ferrite-pearlitic (F + P), pearlitic (P), bainitic (B), martensitic (M), and the type of decomposition is determined by based on temperature layer, and / or cooling rate, and / or specific power of heat removal from the layer, the increase in the mass fraction of austenite decomposition products (3M / 3τ) is determined based on the temperature, and / or cooling rate, and / or specific power of heat removal from the layer and the amount of heat release is calculated by the equation 5Q=3MxQPi, где 3Q - теплота, выделившаяся в результате распада аустенита по какому-либо типу, кДж;5Q=3MxQ P i, where 3Q is the heat released as a result of the decomposition of austenite by any type, kJ; Qpi - удельный тепловой эффект распада аустенита по Ему типу, кДж/кг, при этом до начала прокатки на образцах стали идентичного химического состава экспериментально определяют учитываемые при расчете удельные тепловые эффекты и уравнения кинетики распада аустенита для реализующихся в стали данного химического состава типов распада аустенита.Q pi is the specific thermal effect of austenite decomposition according to its type, kJ/kg, while before the start of rolling on steel samples of identical chemical composition, the specific thermal effects and equations of the kinetics of austenite decomposition taken into account in the calculation are experimentally determined for the types of austenite decomposition that occur in steel of a given chemical composition . 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диапазоны температур и скоростей охлаждения, соответствующие различным типам распада аустенита, определяют экспериментально путем варьирования скоростей охлаждения образцов стали идентичного химического состава.2. The method according to claim 1, characterized in that the ranges of temperatures and cooling rates corresponding to different types of austenite decomposition are determined experimentally by varying the cooling rates of steel samples of identical chemical composition. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении кинетики распада аустенита используют уравнение aM/ar=kxMAx(w/T), где 3Μ - прирост массовой доли продуктов распада аустенита;3. The method according to claim 1, characterized in that when determining the kinetics of austenite decomposition, the equation aM/ar=kxM A x(w/T) is used, where 3M is the increase in the mass fraction of austenite decomposition products; 3τ - время, с;3τ - time, s; к - эмпирический коэффициент, зависящий от типа распада аустенита и химического состава стали, схкг;k is an empirical coefficient depending on the type of decomposition of austenite and the chemical composition of the steel, sxkg; МА - массовая доля аустенита;M A - mass fraction of austenite; W - удельная мощность отвода тепла от слоя, кВт/кг;W - specific power of heat removal from the layer, kW/kg; Т - температура, °C.T - temperature, °C.
EA202092198A 2019-10-25 2020-10-15 Method for producing a rolled steel product EA039568B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019134178A RU2729801C1 (en) 2019-10-25 2019-10-25 Method of producing rolled steel

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EA202092198A2 EA202092198A2 (en) 2021-04-30
EA202092198A3 EA202092198A3 (en) 2021-06-30
EA039568B1 true EA039568B1 (en) 2022-02-11

Family

ID=72086175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA202092198A EA039568B1 (en) 2019-10-25 2020-10-15 Method for producing a rolled steel product

Country Status (3)

Country Link
EA (1) EA039568B1 (en)
RU (1) RU2729801C1 (en)
WO (1) WO2021080470A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2762195C1 (en) * 2021-03-15 2021-12-16 Публичное Акционерное Общество "Новолипецкий металлургический комбинат" Method for producing isotropic electrical steel
CN113857247B (en) * 2021-10-19 2023-11-21 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司 Production method of hot continuous rolling titanium alloy plate

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998018970A1 (en) * 1996-10-30 1998-05-07 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh Process for monitoring and controlling the quality of rolled products from hot-rolled processes
RU2563911C2 (en) * 2014-01-09 2015-09-27 Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") Production of coiled stock at continuous wide-strip mill
RU2655398C2 (en) * 2016-08-26 2018-05-28 Антон Владимирович Шмаков Method of rolled products production
WO2018116192A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-28 Arcelormittal A method of dynamical adjustment for manufacturing a thermally treated steel sheet
RU2703009C2 (en) * 2014-01-22 2019-10-15 Смс Груп Гмбх Method for optimized production of metal steel and iron alloys in hot rolling mills and plate rolling mill by means of simulator, monitor and/or structure model

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2413777C1 (en) * 2009-11-27 2011-03-10 ООО "Исследовательско-технологический центр "Аусферр" Procedure for thermal treatment of items out of steel and alloys
RU2655458C1 (en) * 2017-06-02 2018-05-28 Антон Владимирович Шмаков Method for determining a specific thermal effect of phase transformation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998018970A1 (en) * 1996-10-30 1998-05-07 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh Process for monitoring and controlling the quality of rolled products from hot-rolled processes
RU2563911C2 (en) * 2014-01-09 2015-09-27 Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") Production of coiled stock at continuous wide-strip mill
RU2703009C2 (en) * 2014-01-22 2019-10-15 Смс Груп Гмбх Method for optimized production of metal steel and iron alloys in hot rolling mills and plate rolling mill by means of simulator, monitor and/or structure model
RU2655398C2 (en) * 2016-08-26 2018-05-28 Антон Владимирович Шмаков Method of rolled products production
WO2018116192A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-28 Arcelormittal A method of dynamical adjustment for manufacturing a thermally treated steel sheet

Also Published As

Publication number Publication date
RU2729801C1 (en) 2020-08-12
EA202092198A2 (en) 2021-04-30
EA202092198A3 (en) 2021-06-30
WO2021080470A1 (en) 2021-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160105464A (en) Method for optimally producing metal steel and iron alloys in hot-rolled and thick plate factories using a microstructure simulator, monitor, and/or model
JP2005315703A (en) Method for predicting material in steel material
JP7200982B2 (en) Material property value prediction system and metal plate manufacturing method
EA039568B1 (en) Method for producing a rolled steel product
US20230321706A1 (en) Steel strip and method of producing same
WO1992021970A1 (en) Method of estimating material of steel product
Suwanpinij et al. Fast algorithms for phase transformations in dual phase steels on a hot strip mill run-out table (ROT)
JP2013252531A (en) Operation support system of heating furnace
Bombač et al. Amelioration of surface cracking during hot rolling of AISI D2 tool steel
Wang et al. Thermal, microstructural and mechanical coupling analysis model for flatness change prediction during run-out table cooling in hot strip rolling
KR102448426B1 (en) How the annealing furnace works
Ogoltcov et al. Practical Use of Computer Model STAN 2000 for Improvement and Creation of Regimes for Hot Rolling of Steels on SEVERSTAL Mill 2000
JP7287416B2 (en) Thick steel plate manufacturing specification determination support device, manufacturing specification search method, computer program, computer-readable recording medium, and thick steel plate manufacturing method
RU2655398C2 (en) Method of rolled products production
JP2010235972A (en) Manufacturing controller and manufacturing method for high tension steel sheet
JP6582892B2 (en) Hot rolling method for steel
JP2017193777A (en) Method for producing steel sheet and heat treatment equipment
Thakur et al. Application of machine learning methods for the prediction of roll force and torque during plate rolling of micro-alloyed steel
Agarwal et al. Process-structure-microstructure relationship in hot strip rolling of steels using statistical data mining
WO2024189790A1 (en) Material property prediction device for rolled product
Andorfer et al. Properties of hot rolled strip obtained by calculation or testing-a critical comparison
CN106011435A (en) Dynamic temperature adjusting method in heat treatment tempering constant-temperature stage of thick-wall steel pipe combined part
Kawulok et al. Microstructure Influenced by Controlled Rolling, Cooling and Thermal Processing of Seamless Tubes Made of Steel 25CrMo4
Tilly et al. Development of a digital material shadow for the press hardening route of medium manganese steel
JP6874730B2 (en) Hot rolling line controller