Исследование влияния параметров дрессировки на механические свойства металлопроката из высокопрочных двухфазных микролегированных сталей

тория. Развитие // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1 (45). С. 5-6.

22. Гун Г.С., Мезин И.Ю., Корчунов А.Г., Чукин М.В., Гун И.Г., Рубин ГШ. Научно- педагогическая школа Магнитогорского государственного технического университета по управлению качеством продукции и производственных процессов // Качество в обработке материалов. 2014. № 1.С. 5-8.

23. Гун Г.С., Карпов В.Е., Мезин И.Ю., Чукин В.В., Васильев С.П. Расчет упругого пружинения и оценка точности гибки плоской заготовки пружинной клеммы

ЖБР 65 // Производство проката. 2004. № 7. С. 36-38.

24. Лимарев А.С. Повышение эффективности производства на основе внедрения инновационной стратегии предприятия/А.С. Лимарев, А.Б. Моллер, Е.Г. Касаткина, С.В. Зотов, М.М. Константинов, И.Н. Глуш-ков//Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 4 (54). С. 69-72.

25. Моллер А.Б., Лимарев А.С., Каледина О.С. Управление качеством продукции на основе инновационной стратегии предприятия/Известия Юго-Западного государственного университета. 2015. Т. 1. № 4 (61). С. 45-50.

tУДК 669.771

Голубчик Э.М., Тарасов П.П.

(ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДРЕССИРОВКИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОПРОКАТА ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ДВУХФАЗНЫХ МИКРОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ1

Аннотация. В настоящее время получают дальнейшее развитие технологии производства металлопродукции из инновационных материалов, в частности, низкоуглеродистых микролегированных сталей высокой и повышенной прочности, которые могут быть применены в качестве автокомпонентов современного автомобиля. Примером могут служить двухфазные стали марок HCT780X, HCT980X. Учеными ФГБОУ ВО «МГТУ им.Г.И. Носова» в кооперации со специалистами ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») проводятся исследования по разработке и освоению технологии производства отожженного и нагартованного металлопроката из данных сталей. В работе представлены результаты комплексных исследований влияния параметров процесса дрессировки двухфазных сталей на формирование конечных механических свойств металлопроката. Проведена оценка влияния химического состава и силовых условий дрессировки на изменение механических характеристик проката из исследуемых марок стали.

Ключевые слова: высокопрочные двухфазные автомобильные стали; дрессировка, механические свойства, химический состав

Введение

Одним из ключевых факторов, определяющих конкурентоспособность предприятия, является возможность производителя поддерживать баланс как собственных, так и потребительских интересов. Этого можно достигнуть за счет использования конкурентных преимуществ, таких как внедрения новых инновационных технологических и/или технических решений, путем поддержания высочайшего качества продукции традиционного сортамента, а также освоение эксклюзивной металлопродукции, отвечающей передовым мировым требованиям [1-3].

В настоящее время получают развития металлургические технологии, связанные с производством металлопроката из современных и перспективных марок сталей повышенной и высокой прочности, широко востребованных, например, в авто-

мобильной промышленности [4, 5]. Примером таких материалов являются двухфазные микролегированные стали. Рост востребованности этих сталей в автопроме обусловлен, прежде всего, введением обязательных, постоянно растущих, требований в безопасности пассажиров [6]. Эти требования вынуждают изготовителей автомобилей применять в качестве автокомпонентов стальные листы высокой и повышенной прочности.

В общем ряду так называемых «прогрессивных высокопрочных сталей» (AHSS - Advanced High Strength Steels) главенствующая роль принадлежит двухфазным сталям [7]. На сегодняшний день ведущие металлопроизводители автолистовых сталей имеют в своем сортаменте широкий спектр марок двухфазных сталей с прочностью 500-1200 МПа.

Работа проведена в соответствии с госзаданием Министерства образования и науки РФ Магнитогорскому государственному техническому университету им Г.И. Носова по теме «Разработка технологии получения высокопрочных длинномерных профилей из материалов с ультрамелкозернистой структурой в условиях комбинирования процессов интенсивного пластического деформирования» (МОиМ РФ 2014-14 ГЗ 0110 фундаментальные).

Состав марок стали и возможное относительное применение их в кузове автомобиля, вес которого может быть снижен за счет использования до 90% прочной и особо прочной стали, представ-

лен на рис 1. В составе этих марок стали свыше 70% - двухфазные стали, составляющие основу стального корпуса современного автомобиля [7].

И1300/420

Рис. 1. Соотношение типов и марок стали, прочностные свойства которой благоприятны для ее применения при создании облегченного кузова автомобиля [7]

Представляет значительный интерес исследования механизмов формирования механических свойств металлопроката из двухфазных сталей различных марок в процессе его производства и, в частности, на финишных технологических операциях, таких как термообработка (отжиг) и/или дрессировка. Совокупность технологических параметров заключительных операций в значительной степени оказывает влияние на вариацию и изменение сложного комплекса механических свойств двухфазных сталей.

Кроме того, актуальными остаются вопросы изучения и оценивания влияния химического состава двухфазных сталей и содержания отдельных элементов на механические свойства готовой продукции, что способствует обеспечению необходимых эксплуатационных параметров металлопроката при минимальных затратах на легирующие элементы и более эффективной дальнейшей переработки данных сталей у потребителя. Для этого

необходимо определить корреляцию содержания отдельных элементов химического состава, а также параметров процесса дрессировки с механическими свойствами высокопрочных двухфазных микролегированных сталей, что и являлось целью настоящих исследваний.

Теория, материалы и методы исследования, технические и технологические разработки

В рамках настоящей работы были проведены исследования изменчивости механических свойств холоднокатаных полос из двухфазных сталей марок НСТ780Х и НСТ980Х в процессе их дрессировки при производстве в условиях ОАО «ММК».

Требования, предъявляемые европейскими нормативными документами к механическим свойствам и химическому составу двухфазных сталей марок НСТ780Х и НСТ980Х представлены в табл. 1, 2.

Таблица 1

Требования к механическим свойствам высокопрочных двухфазных сталей НСТ780Х, НСТ980Х

в соответствии с ЕК 10338:2015

Требования EN 10338:2015 для марки Предел текучести а0.2, МПа Временное сопротивление разрыву ав, МПа Относительное удлинение А80, % ВН эффект МПа

НСТ780Х 440-550 >780 >14 >30

НСТ980Х 590-740 >980 >10 >30

Таблица 2

Требования ЕК 10338:2015 к химическому составу исследуемых высокопрочных

_двухфазных сталей_

Марка Массовая доля элементов, %

стали С Мп Р Б А1 Сг+Мо №>+Т1 V В

НСТ780Х <0,18 <0,80 <2,50 <0,08 <0,015 0,0152,000 <1,40 <0,15 <0,20 <0,005

НСТ980Х <0,20 <1,00 <2,90 <0,08 <0,015 0,0152,000 <1,40 <0,15 <0,20 <0,005

В рамках проводимого исследования влияния технологических режимов дрессировки на формирования свойств двухфазных сталей марок НСТ780Х и НСТ980Х были проанализированы результаты 208 испытаний готового металлопроката из 6 плавок.

Методика исследований предусматривала набор массива экспериментальных данных, отражающего изменение режимов деформационной обработки холоднокатаных полос конечной толщиной 0,8-1,2 мм с учетом вариации химического состава стали и фиксацию полученных при этом механических свойств. Образцы для испытаний механических свойств металлопроката отбирались от

передних и задних концов рулонов холоднокатаных полос после операции дрессировки в условиях агрегатов нового комплекса холодной прокатки ОАО «ММК». Дрессировка осуществлялась с относительными обжатиями 0,3-0,75%.

Анализ химического состава стали осуществлялся по ковшевой пробе. Усредненный химический состав исследуемых марок стали представлен в табл. 3.

Усредненные по плавке механические свойства полученных образцов представлены в табл. 4.

Таблица 3

Усредненный химический состав плавок стали по ковшевой пробе исследованных образцов

марок НСТ780Х и НСТ980Х

№ плавки Массовая доля элементов, %

С Мп Б Р Сг А1 Мо №> V Т1 В

1 0,10 0,08 2,00 0,007 0,008 0,48 0,052 0,112 0,021 0,004 0,002 0,0004

2 0,12 0,29 1,54 0,002 0,017 0,65 0,005 0,052 0,236 0,004 0,003 0,0004

3 0,15 0,17 2,04 0,005 0,011 0,48 0,043 0,209 0,023 0,004 0,002 0,0004

4 0,11 0,09 1,80 0,011 0,009 0,24 0,051 0,069 0,008 0,004 0,002 0,0003

5 0,09 0,04 1,81 0,011 0,010 0,35 0,040 0,083 0,017 0,005 0,002 0,0004

6 0,09 0,04 1,81 0,008 0,010 0,34 0,044 0,094 0,016 0,003 0,002 0,0004

Таблица 4

Усредненные по плавке результаты испытаний механических свойств образцов, полученных в процессе дрессировки металлопроката из стали марок НСТ780Х и НСТ980Х

Марка стали № плавки Усредненные механические свойства

Предел текучести С0.2, МПа Временное сопротивление разрыву ав, МПа Относительное удлинение А80, %

1 629 974 11,6

НСТ980Х 2 504 825 16,8

3 851 1170 8

4 489 740 15,3

НСТ780Х 5 502 782 15,2

6 526 787 15,1

Результаты исследований механических свойств образцов проката были обработаны с помощью программного комплекса «Statistic». Полученные в экспериментах вариации механических свойств готового металлопроката из исследуемых двухфазных сталей представлены на рис. 2.

Результаты исследования и их обсуждение

На рис. 3-8 представлены полученные результаты исследований изменчивости механических свойств металлопроката из двухфазных микролегированных марок стали НСТ780Х и НСТ980Х в зависимости от энергосиловых режимов дрессировки.

Рис. 2. Усредненные вариации механических свойств готового металлопроката из двухфазных марок

стали НСТ780Х, НСТ980Х

ASO, %

 h --л > i

¡ iqT H

8

O HCT9S0X п нет sax ----Линейная (HCT980X) ---Линейная (НСТ7ЭОХ) -

0.25 0.30 0.35 0.40 0.4J 0.50 0.5S 0.60 0.65 0.70 0.7; Относительное обжатие, ° и

Рис. 3. Изменение относительного удлинения образцов сталей HCT780X и HCT980X в зависимости от относительного обжатия при дрессировке

__ O HCTíelx M

a? O HCT7S0X ----Линейная

rC ---Линейная

I* Г1Т( Г"  °

o  oo

a a I—U1. §°< Щ o- ..В s f-G- ° 0 o

Ш 3 00 O э © ш o"

o o o

7оо i;oo poo ;ioo 3700 з;оо 5700

Усилие прокатов, Р И

Рис. 4. Изменение относительного удлинения образцов сталей HCT780X и HCT980X в зависимости от усилия прокатки при дрессировке

Он, МПа

О НСТ980Х  НСТ780Х ----Линейная (НСТ980Х) ---Лин ейная (НСТ780Х) -

е---. ]о

сю

о 9° 1

и ¡4 1 "й----, а г-п

В о О о

О НСТ980Х  НСГ780Х

----Ли ---Ли ейная (НСТ9Ё0ГС ейная (НСТ7Й0ХГ с -о"

и со -& о ,-ег о о ш- 8 Осо О

Ъ

г.-Ш -в

0.35 0.45 0.55

Относительное обжатие, %

171)0 2200

Усилие прокатан, кН

2700 3200 3700

Рис. 5. Изменение предела текучести сталей НСТ780Х и НСТ980Х в зависимости от относительного обжатия при дрессировке

Рис. 6. Изменение предела текучести сталей НСТ780Х и НСТ980Х в зависимости от усилия прокатки при дрессировке

1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600

0.

О НСГ980Х

о - ---Линейная

е — --Линейная

1 Г [ 1 с* 5

Г л "1

1 Ч -.1 1-4. О

§

и

25 0.30 0.35 0,40 0,45 0,50 0,55 0.60 0.65 0.70 0.75 Относительное обжатие, ''о

Рис. 7. Изменение временного сопротивления разрыву сталей НСТ780Х и НСТ980Х в зависимости от относительного обжатия при дрессировке

Рис. 8. Изменение временного сопротивления разрыву сталей НСТ780Х и НСТ980Х в зависимости от усилия прокатки при дрессировке

Был выполнен корреляционный анализ, результаты которого представлены в табл. 5-7.

Выполненный корреляционный анализ с доверительной вероятностью 95% свидетельствует, что среднее усилие прокатки и относительное обжатие при дрессировке являются значимыми факторами для изменения механических свойств исследуемых двухфазных марок сталей. При оценке степени влияния параметров дрессировки на механические свойства стали сравнивались полученные в результате корреляционного анализа коэффициенты Стьюдента. С доверительной вероятностью 95% коэффициенты множественной корреляции механических свойств и параметров дрессировки, приведенные в табл. 7, являются статистически значимыми, так как расчетное число Фишера Бр больше табличного Б.

Таблица 5 Значения коэффициентов корреляции механических свойств и параметров дрессировки стали марок НСТ780Х и НСТ980Х

Параметр Коэффициент корреляции

Предел текучести ^0.2 Временное сопротивление разрыву Ов Относительное удлинение А80

Среднее усилие прокатки, кН 0,641 0,595 -0,485

Относительное обжатие, % -0,696 -0,694 0,695

Таблица 6

Значения чисел Стьюдента для соответствующих коэффициентов корреляции механических _свойств и параметров дрессировки стали марок НСТ780Х и НСТ980Х_

Праметр Коэффициент Стьюдента для С>о.2 Коэффициент Стьюдента для С7в Коэффициент Стьюдента для А80 Табличное значение коэффициента Стьюдента

Среднее усилие прокатки 10,712 9,521 7,143 1,974

Относительное обжатие, % 12,506 12,366 12,461

Таблица 7

Показатели множественной корреляции параметров дрессировки и механических свойств стали _марок НСТ780Х и НСТ980Х__

Показатель Предел текучести, <J01 Временное сопротивление разрыву, Ов Относительное удлинение, А80

R 0,862 0,833 0,776

Fp 237,62 185,00 124,51

а 0,95

F 3,051

D 74,34 69,42 60,29

Анализ результатов исследований показал следующее.

Коэффициенты множественной детерминации D, приведенные в табл. 7, свидетельствуют о том, что для рассмотренных условий производства проката повышаются предел текучести на 74,3% и временное сопротивление разрыву на 69,4%, а относительное удлинение образцов уменьшается на 60,3% , что обусловлено параметрами дрессировки.

Наибольшее влияние на механические свойства рассмотренных двухфазных сталей, в соответствии с полученными результатами оказывает относительное обжатие, при этом среднее усилие прокатки оказывает влияние на механические свойства в меньшей степени.

Выводы

Проведенный комплекс исследований позволил определить характер влияния режимов дрессировки и химического состава двухфазных микроле-гированых сталей марок НСТ780Х и НСТ980Х на конечные механические свойства металлопроката, что позволяет определять стратегию финишной обработки двухфазных сталей нового поколения для обеспечения регламентируемого комплекса потребительских свойств.

При этом было установлены следующие особенности характера изменения механических свойств исследуемых сталей от режимов деформационной обработки при дрессировке. Во-первых, увеличение относительного обжатия при дрессировке ведет к увеличению относительного удлинения образцов, при этом с увеличением усилия прокатки данный параметр имеет склонность к снижению, что особенно характерно для стали марки HCT980X.

Во-вторых, увеличение относительного обжатия при дрессировке приводит к снижению пре-

дела текучести, при этом рост усилия прокатки, наоборот, его повышает.

В-третьих, увеличение относительного обжатия при дрессировке способствует значительному уменьшению временного сопротивления разрыву, являющимся определяющим параметром для сталей данного типа. Кроме того, при увеличении усилия прокатки повышается временное сопротивление разрыву стали марки HCT980X, а для стали марки НСТ780Х этот параметр в незначительной степени уменьшается.

Список литературы

1. Голубчик Э.М., Корчунов А.Г., Пивоварова К.Г. Лысенин А.В. Применение адаптационных механизмов для повышения качества продукции с глубокой степенью переработки // Вестник Воронежского гос. техн. ун-та. 2011. № 5. С. 131-134.

2. Голубчик Э.М. Адаптивное управление качеством металлопродукции // Вестник МГТУ им Г.И. Носова, 2014, №1. С. 63-69.

3. Голубчик Э.М. Современные концепции адаптивного управления качеством металлопродукции // Качество в обработке материалов. - 2015. - №1(3). С.68-75.

4. Чукин М.В., Гун Г.С., Корчунов А.Г., Полякова М.А. Перспективы производства высокопрочной стальной арматуры из высокоуглеродистых марок стали // Черные металлы. 2012. Декабрь. С. 8 - 15.

5. Дубровский Б. А.. Шиляев П. В., Ласьков С. А., Голубчик Э.М., Горбунов А. В., Лукьянов С. А. Освоение технологий производства проката в новом комплексе холодной прокатки // Сталь. -2012. №2. С.63-65.

6. Peixinho N., Jones N„ Ponho A. Application of Dual-Phase and TRIP Steels on the Improvement of Crash-worthy Structure // Material Science Forum, 2005. V. 502. рр. 181-186.

7. Corbett В., Priddle A. Dual Phase leads Revival // Auto Word. 2004. V. 40, No.9. рр. 31-37.