Řízené válcování vybraných značek oceli v podmínkách kontijemné válcovny Třineckých železáren, a.s.

Abstract

Základním cílem řízeného tváření je dosažení lepších materiálových vlastností materiálu v porovnání s konvenčním válcováním. Základní definicí procesů řízeného tváření je ovládání technologických procesů z pohledu tvářecích teplot, rychlosti válcování a z toho vyplývající rychlosti deformace, následného způsobu ochlazování, a tedy fázových přeměn, a tvorby finální mikrostruktury, jež je základním parametrem pro splnění požadavků na mechanické a, přeneseně, užitné vlastnosti materiálu. Kontijemná trať Třineckých železáren, a.s. je navržena tak, že umožňuje válcovat tyče jak konvenčním způsobem, tak i některými metodami řízeného tváření. Přestože jsou známy obecné podmínky řízeného tváření, nelze je většinou jednoduše aplikovat na jakýkoliv proces válcování a válcovanou ocel. Byl proveden teoretický rozbor pojmů a principů termomechanického tváření a metod řízeného tváření se zaměřením na válcování tyčí. Proces válcování kruhových tyčí je na kontijemné trati charakterizován kalibrací ovál-kruh. Byly zpracovány počítačové simulace deformace po průřezu provalku během válcování dle podmínek kontijemné trati pro definované podmínky. Hlavní pozornost byla věnována výslednému průběhu deformace, deformační rychlosti a teploty. Získané průběhy potvrdily výskyt nehomogenity parametrů deformace po průřezu, která je daná použitou technologií výroby. Na torzním plastometru SETARAM byly provedeny sady spojitých a přerušovaných zkoušek s cílem zjistit parametry deformačního chování vanadem mikrolegované středněuhlíkové oceli. Pro zkoumanou ocel byla stanovena matematická závislost intenzity deformace do píku a rovnice pro stanovení hodnoty píkového napětí na teplotě a intenzitě deformační rychlosti. Byla stanovena matematická závislost pro popis křivky napětí-deformace ve vazbě na teplotu, intenzitu deformační rychlosti a intenzitě deformace. Byla stanovena hodnota aktivační energie dynamické a statické. Byl proveden matematický popis závislosti stupně změkčení na čase pro zkoumanou ocel. Na plastometru GLEEBLE byly provedeny experimenty simulující možnosti vybraných technologických procesů v rámci přípravy na válcování na kontijemné trati pro vanadem mikrolegované oceli. Nárůsty zpevnění, zaznamenané plastometry SETARAM a GLEEBLE v průběhu testu, potvrdily možnost tváření těchto značek v provozních podmínkách i v teplotní oblasti řízeného válcování. Jsou prezentovány výsledky praktických experimentů provedených v podmínkách kontijemné tratě na vybraných značkách ocelí, které vycházely jak z podkladů získaných při plastometrických experimentech, tak z teoretických předpokladů o vlivu nižší teploty deformace na výsledné vlastnosti materiálu. Bylo prokázáno, že velikost změny dosažených mechanických hodnot, podílu fází a velikosti zrna záleží na konkrétním chemickém složení tvářené oceli.

The main purpose of controlled forming is to achieve better material properties than in case of conventional rolling. The basic definition of controlled forming processes is process control in terms of forming temperatures, rolling speed determining the strain rate, cooling method determining the phase conversions and creation of final microstructure being the prime parameter for compliance with requirements for mechanical, or in other words end use, material properties. The continuous light section mill of Třinecké železárny, a.s. is designed to allow bar rolling using both conventional and some other controlled forming methods. Although the general conditions for controlled forming are known they usually cannot be simply applied to any rolling process and any rolled steel. A theoretical analysis of thermomechanical forming notions and principles as well as controlled forming methods focused on bar rolling was made. The round bar rolling process on the continuous light section mill is characterized by oval-circle calibration. Computer simulations of strain over the cross section of rolled material during rolling reflecting the continuous light section mill operating conditions for defined conditions were developed. Special attention was paid to the strain, strain rate and temperature waveforms. The results confirmed the occurrence of deformation parameter inhomogenity over cross section which is due to the applied production process. Series of continuous and discontinuous tests were carried out using SETARAM torsion plastometer in order to identify the deformation behaviour parameters of vanadium microalloyed medium-carbon steels. Mathematical dependence of strain intensity to peak and formula defining peak stress value on temperature and strain rate intensity was determined for the analyzed steel. Mathematical dependence for description of stress-deformation curve in relation to temperature, strain rate intensity and strain intensity was determined. Activation energy values of dynamic and static recrystallization were determined. Mathematical description of statically recrystallized volume fraciton of the analyzed steel on time was made. Experiments simulating the potential offered by selected production processes in the preparation for rolling on continuous light section mill in case of vanadium microalloyed medium-carbon steels were carried out on GLEEBLE plastometer. Hardening increases recorded on SETARAM and GLEEBLE plastometers during the test confirmed the tested steel grades can be processed under the controlled forming operating conditions and temperature range. Results of practical experiments made on selected steel grades under the continuous light section mill conditions based both on the findings from plastometric experiments and theoretical assumptions regarding the effect of lower deformation temperature on the resulting material properties are presented. It was proved the magnitude of change in the mechanical properties, phase ratio and grain size achieved depend on the chemical composition of formed steel.