SUPERVISOR
MohammadReza Forouzan,Ahmad Rezaian
محمدرضا فروزان (استاد راهنما) احمد رضائیان (استاد مشاور)
STUDENT
Valiollah Bagherian
ولی اله باقریان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Determination of the General Specification of a Hot Strip Rolling Product Line to Approach Mechanical and Metallurgical Goals in a Typical Type of Products
Improving the hot strip mill process is mandatory for the steel industry owing to the increasingly severe specifications being imposed by end users. Within this objective the development of a metallurgical model that links the operating variables in the mill with microstructure and mechanical properties of the final products becomes of great importance. This model could provide useful information for process control and optimization, reducing the need of costly on-line experimentation. In this thesis, some previously published experimental and theoretical studies of hot rolling are reviewed. The aim of this work is to present a metallurgical model that could describe the microstructural evolution of C-Mn steels during hot rolling. During hot deformation the average dislocation density of the material increases several orders of magnitude. Two metallurgical processes become active to reduce the dislocation excess: recovery and recrystallization. In austenite, the later is the most important restoration process. Depending on temperature, strain and strain rate the recrystallization could begin during deformation (dynamic recrystallization) or in the interpass time (static recrystallization). In order to describe the microstructural evolution it is needed a description of the recrystallization progress and the resulting austenite grain size after each reduction step in the rolling mill. In addition further modifications of the grain size could take place if the recrystallization after deformation is complete and is followed by grain growth. After hot deformation the austenite transforms to ferrite, perlite and/or bainite. The transformation kinetic and final phase distribution depend strongly on the austenite microstructure (grain size and accumulated strain), and on the cooling and coiling conditions. Due to the important metallurgical differences between the several phases that may appear, it is needed an accurate description of the final microstructure in order to evaluate the mechanical properties of the material. The present work combines the use of models developed from hot torsion test data and from the analysis of industrial mill logs. Logged data were collected from the Mobarakeh Steel Complex (MSC) nine-stand (thirteen-pass) HSM. For each strip, the following data were used: chemical composition, strip width, strip thicknesses before and after all passes, work roll rotational speeds, roll forces, interpass times, and temperatures (mean values) for each pass. The previous parameters were then employed to calculate the true strains, strain rates, and MFSs, according to the Sims formulation, roll flattening, redundant strain, and forward slip between roll and strip and were organized using MATLAB software. An MFS model was developed to predict the strip-rolling behaviors of plain C-Mn. It is based on an improved Misaka MFS equation and takes into account the quantities of the important alloying elements, the extent of recrystallization between passes, strain accumulation, and the possibility that DRX is initiated during a given pass. A metallurgical algorithm that comprises the prediction of the microstructural evolution during hot rolling (austenitic range) and the subsequent phase transformation was developed for C-Mn steels Keywords: Mean flow stress (MFS), Recovery, Static recrystallization, Dynamic recrystallization, Grain size, Hot torsion test, Microstructural evolution during hot rolling
اغلب محصولات فلزی حداقل یک مرحله تحت نورد گرم قرارگرفتهاند. این فرآیند منجر به تولید صفحه، ورق، میله، لوله و غیره می شود و هزینه ای کمتر نسبت به نورد سرد و فرآیند آنیل در بردارد. با توجه به افزایش فزاینده مشخصات موردنیاز مصرف کنندگان، بهبود فرآیند نورد گرم در صنعت فولاد امری ضروری است. به همین علت، توسعه یک مدل متالورژیکی که متغیرهای خط نورد گرم را با ریزساختار و خواص مکانیکی محصولات نهایی مرتبط می کند، اهمیت ویژه ای می یابد. این مدل می تواند اطلاعات مفید برای کنترل فرآیند و بهینه سازی آن فراهم کند و نیاز به آزمایش های پرهزینه در خط نورد را کاهش دهد. هدف این پژوهش، ارائه یک الگوریتم متالورژیکی برای توصیف تحولات ریزساختار فولادهای کربن- منگنز حین نورد گرم است. حین تغییرشکل گرم چگالی متوسط نابجایی های ماده، چندین برابر افزایش می یابد. دو نوع فرآیند متالورژیکی برای کاهش نابجایی مازاد فعال می شود: بازیابی و تبلور مجدد. در آستنیت، تبلور مجدد اهمیت بیشتری در ترمیم دارد. بسته به دما، کرنش و نرخ کرنش، تبلور مجدد می تواند حین تغییرشکل (تبلور مجدد دینامیکی) یا در زمان بین قفسه ای (تبلور مجدد استاتیکی) شروع شود. به منظور توصیف تحولات ریزساختار، نیاز به توصیف پیشرفت تبلور مجدد و اندازه دانه آستنیت حاصل بعد از هر مرحله کاهش ضخامت در خط نورد است. به علاوه اگر تبلور مجدد بعد از تغییرشکل کامل شود و با رشد دانه ادامه یابد، تغییرات بعدی اندازه دانه می تواند رخ دهد. بعد از تغییرشکل، آستنیت تبدیل به فریت، پرلیت و/یا باینیت می شود. سینتیک تبدیل فاز و توزیع فاز نهایی به شدت به ریزساختار آستنیت (اندازه دانه و کرنش انباشته) و شرایط خنک سازی و کلاف پیچی وابسته است. به علت اختلاف مهم متالورژیکی بین فازهای مختلف که ممکن است رخ دهند، نیاز به توصیف دقیق ریزساختار نهایی است تا خواص مکانیکی ماده ارزیابی شود. در پژوهش جاری، داده های آزمون پیچش گرم و داده های خط نورد گرم صنعتی استفاده می شود. داده های صنعتی از خط نورد گرم نه قفسه ای (سیزده مرحله ای) مجتمع فولاد مبارکه جمع آوری شده است. داده های مورد استفاده عبارت اند از: ترکیب شیمیایی، عرض ورق، ضخامت ورق قبل و بعد از هر مرحله، سرعت دورانی غلتک های کاری، نیروی نورد، زمان بین قفسه ای و دمای میانگین هر مرحله از نورد. این پارامترها برای محاسبه کرنش حقیقی، نرخ کرنش و تنش جریان میانگین سیمز، شعاع غلتک تختشده، کرنش اضافی و لغزش بین غلتک و ورق به کمک نرم افزار متلب استفاده شده اند. سپس با توجه به این پارامترهای مکانیکی، تنش جریان میانگین بر پایه معادله بهبودیافته میساکا برای پیش بینی رفتار ورق فولادی کربن- منگنز توسعه یافته است. این مدل مقدار عناصر آلیاژی، میزان تبلور مجدد بین مراحل، انباشت کرنش و امکان شروع تبلور مجدد بین مراحل را درنظر می گیرد. همچنین یک الگوریتم متالورژیکی شامل پیش بینی تحولات ریزساختار حین نورد گرم (محدوده آستنیت) و تبدیل فاز، برای فولادهای کربن- منگنز توسعه یافته است. درنهایت اندازه دانه خروجی از خط نورد گرم فولاد مبارکه محاسبه شده است که مقادیر محاسبهشده، توافق خوبی با نتایج تجربی داشت. کلیدواژهها: تنش جریان میانگین، بازیابی، تبلور مجدد استاتیکی، تبلور مجدد دینامیکی، اندازه دانه، آزمون پیچش گرم، تحولات