توصيفگر ها :
ورد گرم ورق , ميز خنككاري , استحاله فازي آستنيت , كلافپيچ , خواص مكانيكي
چكيده فارسي :
دستيابي به دانش فني توليد گريدهاي فولادي پيشرفته يكي از اولويت‌هاي صنايع فولادي كشور محسوب مي‌شود. فولادهاي ميكروآلياژي با استحكام بالا (HSLA) و به طور خاص فولادهاي API كه در خطوط انتقال نفت و گاز كاربرد دارند، از مهم‌ترين نيازهاي فعلي كشور هستند. يكي از اين گريدها، فولاد API 5L X70 است. شركت فولاد مباركه اصفهان، باتوجه به توليد موفق گريدهاي API 5L X60 , X65 در خط نورد گرم خود، در نظر دارد به تكنولوژي توليد ورق نورد گرم¬شده گريد X70 نيز دست¬يابد.
در اين پايان¬نامه فرآيندهاي متالورژيكي و ترمو-مكانيكي مختلفي كه در ناحيه ابتداي ميز خنك¬كاري تا انتهاي فرآيند كلاف-پيچي در خط نورد گرم رخ مي¬دهند، بررسي مي¬شوند. هدف از اين پروژه، تحليل فرآيند توليد دو گريد X60 و X65 به منظور دستيابي به استراتژي مناسب جهت توليد گريد X70 در خط نورد گرم است. باتوجه به پيچيدگي فرآيندهاي انتقال حرارت و تحولات ريزساختاري در اين ناحيه، شبيه¬سازي اين گريدها با چالش¬هاي بسياري روبه¬رو است؛ لذا بدين منظور، از نرم¬افزار Hot Strip Mill Model (HSMM) كمك گرفته شده است. اين نرم¬افزار، ابزار قدرت¬مندي است كه مي¬تواند فرآيندهاي مختلف در حين توليد اغلب گريدهاي فولادي را در طول خط نورد گرم شبيه¬سازي نمايد. در اين پروژه علاوه بر نرم¬افزار HSMM، از نرم¬افزارهاي ديگري مانند JMatPro و MATLAB نيز به منظور افزايش دقت در فرآيند شبيه¬سازي استفاده شده است. نرم¬افزار HSMM ناحيه ميز خنك¬كاري و كلاف¬پيچي را به كمك سه مدل استحاله فازي، مدل خواص مكانيكي و مدل انتقال حرارت شبيه¬سازي مي¬كند. در اين پروژه، ابتدا تمامي روابط اين سه مدل بررسي شده‌اند. در كنار استفاده از اين نرم¬افزار، بعضي از روابط جهت دستيابي به جزئيات بيشتر در نرم¬افزار MATLAB كدنويسي شدند. در ادامه ارتباط اين روابط و مدل¬ها با يكديگر به كمك ايجاد فلوچارتي تعيين گرديد. برخي از روابط موجود در نرم¬افزار HSMM ثوابتي دارند كه براي هر گريد، مقدار خاص خود را دارد كه از طريق آزمايش‌هاي مشخصي تعيين مي‌شوند. به همين منظور آزمايش¬هاي مورد نياز براي تعيين روابط حاكم بر گريد X70 طراحي شدند و نحوه تعيين ثوابت بر اساس آنها تعيين شدند. همچنين به كمك نرم¬افزار MATLAB كدهاي تعيين اين ثوابت نوشته شدند. براي شبيه‌سازي گريدهاي X60 و X65، از يكي از گريدهاي موجود در كتابخانه نرم¬افزار HSMM، يعني گريد HSLA Nb/Ti 80، كه تمامي ثوابت روابط آن موجود بودند، استفاده شده است. گريد HSLA Nb/Ti 80 نزديك¬ترين تركيب شيميايي و رفتار ترمو-مكانيكي را به گريدهاي X60 و X65 داشته است. براي انجام شبيه¬سازي در نرم¬افزار HSMM، داده¬هايي نظير نحوه چينش و فاصله تجهيزات مختلف خط نورد گرم، در نرم¬افزار HSMM وارد شدند. براي جمع¬آوري اين داده از نقشه¬ها و پژوهش¬هايي كه در گذشته بر روي خط نورد گرم شركت فولاد مباركه انجام شده¬ است، استفاده شده. همچنين دماي پيرومترهاي موجود در ميز خنك¬كاري در كنار استراتژي كه براي خنك¬كاري دو گريد X60 و X65 استفاده شده است، با مطالعه ديتاهاي واقعي از خط نورد گرم، مشخص شدند.
پس از فرآيند شبيه¬سازي و كاليبراسيون نرم¬افزار، تغييرات دمايي و همچنين سينتيك تجزيه آستنيت در سه نقطه سر، وسط و انتهاي هر كلاف از دو گريد X60 و X65 در حين عبور از ميز خنك¬كاري تعيين شده و خواص مكانيكي نهايي در اين دو گريد فولادي پيش¬بيني شدند. نتايج شبيه¬سازي براي گريد X60 ساختاري شامل 7/98 درصد فريت و 2/1 درصد پرليت، و براي گريد X65 ساختاري شامل 3/97 درصد فريت و 6/2 درصد پرليت را پيش¬بيني مي¬كنند. نرم¬افزار وجود فازهاي ديگر مانند بينيت و مارتنزيت را در ريزساختار نهايي اين دو فولاد پيش¬بيني نمي¬كند. استحكام تسليم و نهايي براي انتهاي كويل فولاد X60 بترتيب 1/501 و 8/577 مگاپاسكال و براي انتهاي كويل فولاد X65 بترتيب 536 و 4/622 مگاپاسكال پيش-بيني شده است. در ادامه نتايج شبيه¬سازي براي اين دو گريد با داده¬هاي عملي از خط توليد مانند دما و خواص مكانيكي فولاد نهايي، مقايسه شدند كه نتايج تطبيق مناسبي داشته¬اند كه نشان از دقت بالاي شبيه¬سازي‌ها دارد. همچنين نمودار CCT اين دو گريد به كمك نرم¬افزار JMatPro ترسيم، و نمودار خنك¬كاري نقاطي از اين دو گريد بر روي آن به نمايش درآمد كه نرم-افزار JMatPro نيز ريزساختاري مشابه با نرم¬افزار HSMM براي اين دو فولاد پيش¬بيني كرده است.
چكيده انگليسي :
Achieving the technical knowledge of producing advanced steel grades is one of the country's steel industry priorities. High strength low alloy steels (HSLA) and specifically API steels, are of the most important current requirements in oil and gas industries of Iran. Isfahan Mobarakeh Steel Company (MSC), after successful production of API 5L X60, X65 grades in its hot rolling mill, intends to achieve the production technology of X70 grade hot rolled sheet as well. In this thesis, various metallurgical and thermo-mechanical processes that starts from the beginning of the run out table (ROT) to the end of the coiling area in the hot rolling mill are investigated. The purpose of this project is to study and analyze the production process of X60 and X65 grades in order to achieve a suitable strategy for producing X70 grade in hot rolling mill. Considering the complexity of heat transfer processes and microstructural variations in this area, the simulation of these grades has many challenges. For this purpose, the Hot Strip Mill Model (HSMM) software was used. This software is a powerful tool that can simulate various processes during the production of most steel grades in hot rolling mill. In this project, in addition to the HSMM software, other softwares such as JMatPro and MATLAB have been used in order to increase the accuracy of the simulation process. HSMM software simulates the area of the run out table and coiling by implementing three models; phase transformation model, mechanical properties model and heat transfer model. In this project, initially all the equations of these three models have been investigated. In addition to use this software, some relations and equations were coded in MATLAB software to get more details. Next, the relationship between these equations and models was characterized by creating a flowchart. Some of the equations in the HSMM software are empirical with constants that have their specific values related to each steel grade. For this purpose, the tests needed to determine the relationships governing on the X70 grade were designed and the method of determining the constants was identified. Using the MATLAB software, the codes for determining these constants were written. To simulate the X60 and X65 grades, one of the available grades in the HSMM software library, namely the HSLA Nb/Ti 80 grade, for which all the equations constants were available, was used. The HSLA Nb/Ti 80 grade has the closest chemical composition and thermo-mechanical behavior to X60 and X65 grades.
After calibrating the HSMM software, the process was simulated successfully. The temperature changes as well as the kinetics of austenite decomposition at three points of head, middle and tail of each coil of X60 and X65 grades, while passing through the run out table were determined and the final mechanical properties were predicted. The simulation results for X60 grade predict a microstructure including 98.7% ferrite and 1.2% pearlite, and for X65 grade a microstructure including 97.3% ferrite and 2.6% pearlite. The software does not predict the existence of other phases such as bainite and martensite in the final microstructure of these two steel grades. The yield strength and ultimate strength in the end tail of X60 coil were predicted; 501.1 and 577.8 MPa respectively and for the tail of X65 coil as 536 and 622.4 MPa respectively. The simulation results such as temperature and mechanical properties of the coiled strip of both the grades show comparable agreement with real data from the production line. The CCT diagram of these two grades was drawn using the JMatPro software, and the cooling pattern of these two grades was displayed on it as well. JMatPro software also predicts a microstructure similar to HSMM software for these two steels
