Wpływ parametrów chłodzenia laminarnego na poziom naprężeń własnych

wysoka temperatura utrzymuje się przez zdecydowanie dłuższy okres czasu, co stwarza odpowiednie warunki do zajścia tego procesu.

7.3 Wpływ parametrów chłodzenia laminarnego na poziom naprężeń

własnych

W celu zbadania wpływu parametrów chłodzenia laminarnego na poziom naprężeń własnych w blachach, przeprowadzono symulacje numeryczne procesu wytwarzania taśm stalowych na gorąco dla dwóch wariantów chłodzenia laminarnego, tj. wczesnego i późnego, dla stali S235 i S355 [90, 91]. Całkowity przepływ wody dla tych systemów w poszczególnych strefach chłodni laminarnej przedstawiono w Tabela 7.6.

Tabela 7.6. Przepływ wody w poszczególnych strefach chłodni laminarnej dla systemów wczesnego i późnego chłodzenia dla stali S235 i S355.

Strefa SSC SCN SSC SCN SCP

Stal Ilość zaworów 12 8 6 14 12 12 2 8 8

S235 (s. wczesny) Przepływ sumaryczny (góra), m3/h ^{650 260 176 264 390 0 0 0 0} Przepływ sumaryczny (dół), m3/h ^{650 260 88 352 260 0 0 0 0} S235 (s. późny) Przepływ sumaryczny (góra), m3/h ^{390 260 264 0 0 0 0 704 162} Przepływ sumaryczny (dół), m3/h ^{260 260 264 0 0 0 0 704 108} S355 (s. wczesny) Przepływ sumaryczny (góra), m3/h ^{780 520 176 0 0 260 130 176 216} Przepływ sumaryczny (dół), m3/h ^{780 520 0 0 0 260 0 88 216} S355 (s. późny) Przepływ sumaryczny (góra), m3/h ^{390 260 264 0 0 130 130 704 216} Przepływ sumaryczny (dół), m3/h ^{260 260 264 0 0 260 130 704 162} Przeprowadzona analiza wyników badań numerycznych polegała na porównaniu przebiegu przemian fazowych oraz rozkładów naprężeń własnych na szerokości taśmy. Porównane zostały również końcowe udziały objętościowe ferrytu, perlitu i bainitu

78

w kręgach. Analizę naprężeń własnych przeprowadzono dla zwoju znajdującego się w środkowej części kręgu (Z2), natomiast przebiegu przemian fazowych w punktach kontrolnych P3 i P4, zlokalizowanych odpowiednio w środkowej części zwoju taśmy oraz na jego krawędzi (Rys. 7.1). Warto przypomnieć, że badane w niniejszej pracy stale S235 i S355 charakteryzują się różną zawartością węgla (0.10 i 0.17%) i manganu (0.43 i 1.5%). Można więc oczekiwać, że przy zasadniczo różnym trybie chłodzenia laminarnego oraz różnym składzie chemicznym badanych stali przebieg przemian fazowych będzie zróżnicowany, co wpłynie na końcowe udziały objętościowe poszczególnych składników struktury, a także na poziom naprężeń własnych.

Analiza numeryczna przebiegu przemian fazowych dla stali S235 wykazała, że przemiany fazowe austenitu w ferryt oraz austenitu w perlit dla obu wariantów symulacji zachodzą głównie podczas chłodzenia laminarnego (Rys. 7.16 i Rys. 7.17). W obu przypadkach otrzymano strukturę ferrytyczno-perlityczną o zawartości ferrytu ok. 90% (Rys. 7.18, Rys. 7.19). Końcowe udziały objętościowe perlitu, szczególnie w środkowych obszarach kręgów, są do siebie zbliżone i wynoszą ok. 10%. Nieznaczne różnice obserwuje się tylko na zewnętrznych zwojach oraz na krawędziach taśmy, gdzie w przypadku wariantu późnego chłodzenia występuje bainit. Bardzo podobny przebieg przemian fazowych ma odzwierciedlenie w poziomie naprężeń własnych. Analiza wyników numerycznych przedstawionych na Rys. 7.20 pokazała, że nie ma istotnych różnic w poziomie naprężeń własnych pomiędzy przyjętymi wariantami symulacji. Brak wpływu zmiany strategii laminarnego chłodzenia na poziom naprężeń własnych można wytłumaczyć podobną kinetyką przemian fazowych, które w obu wariantach zachodzą na etapie chłodzenia laminarnego. Niska zawartość węgla i manganu w stali S235 sprzyja zakończeniu przemian fazowych podczas chłodzenia w chłodni laminarnej.

Rys. 7.16. Wykres zmian udziału objętościowego ferrytyu (Ff), perlitu (Fp) i bainitu (Fb) dla stali S235 dla trybu wczesnego chłodzenia laminarnego. LCL – chłodzenie laminarne, CCL – chłodzenie kręgu.

79

Rys. 7.17. Wykres zmian udziału objętościowego ferrytyu (Ff), perlitu (Fp) i bainitu (Fb) dla stali S235 dla trybu

późnego chłodzenia laminarnego.

Rys. 7.18. Rozkład ferrytu (Ff), bainitu (Fb) i perlitu (Fp) w kręgu po procesie chłodzenia dla stali S235 dla trybu wczesnego chłodzenia laminarnego.

Rys. 7.19. Rozkład ferrytu (Ff), bainitu (Fb) i perlitu (Fp) w kręgu po procesie chłodzenia dla stali S235, dla trybu późnego chłodzenia laminarnego.

80

Rys. 7.20. Wyniki modelowania rozkładu naprężeń własnych na szerokości taśmy dla stali S235, na powierzchni górnej (PG) oraz dolnej (PD), dla wczesnego (WCL) i późnego (PCL) chłodzenia laminarnego. W przypadku stali S355 analiza numeryczna wykazała, że przemiany fazowe kończą się podczas chłodzenia laminarnego lub w kręgu, w zależności od zastosowanej strategii chłodzenia laminarnego (Rys. 7.21 i Rys. 7.22). W obu wariantach symulacji udział objętościowy ferrytu wynosi ok. 80%. Dla wariantu wczesnego chłodzenia otrzymano strukturę ferrytyczno-perlityczną o zawartość perlitu ok. 20% w środkowym obszarze kręgu. Bainit zaobserwowano jedynie na krawędziach taśmy oraz najbardziej zewnętrznych zwojach kręgu (ok. 11%). Przemiany fazowe dla tego wariantu, szczególnie austenitu w perlit, są opóźnione i kończą się podczas chłodzenia kręgu na powietrzu. Wyższa zawartość węgla i manganu w porównaniu do stali S235 opóźnia przebieg przemian fazowych. W przypadku wariantu późnego chłodzenia otrzymano strukturę ferrytyczno-bainityczną o zawartości bainitu ok. 20%. Dla tego wariantu chłodzenia przemiana fazowa przebiega podczas chłodzenia laminarnego, a także podczas procesu zwijania. Z przedstawionych danych na Rys. 7.25 wynika, że zmiana trybu chłodzenia laminarnego powoduje znaczną zmianę poziomu naprężeń własnych. Największe wartości naprężeń własnych otrzymano dla wariantu wczesnego chłodzenia, natomiast najmniejsze dla wariantu późnego chłodzenia. Jest to zgodne z wynikami uzyskanymi przez Yoshidę [44], który na podstawie swoich badań stwierdził, że chłodzenie w ostatniej strefie chłodni laminarnej wpływa korzystnie na redukcję poziomu naprężeń własnych. Można zatem stwierdzić, że korzystniejszym jest, mając na uwadze poziom naprężeń własnych, aby przemiana fazowa zakończyła się podczas chłodzenia laminarnego.

81

Rys. 7.21. Wykres zmian udziału objętościowego ferrytyu (Ff), perlitu (Fp) i bainitu (Fb) dla stali S355 dla trybu

wczesnego chłodzenia laminarnego.

Rys. 7.22. Wykres zmian udziału objętościowego ferrytyu (Ff), perlitu (Fp) i bainitu (Fb) dla stali S355 dla trybu

późnego chłodzenia laminarnego.

Rys. 7.23. Rozkład ferrytu (Ff), bainitu (Fb) i perlitu (Fp) w kręgu po procesie chłodzenia dla stali S355, dla trybu wczesnego chłodzenia laminarnego.

82

Rys. 7.24. Rozkład ferrytu (Ff), bainitu (Fb) i perlitu (Fp) w kręgu po procesie chłodzenia dla stali S355, dla trybu późnego chłodzenia laminarnego.

Rys. 7.25. Wyniki modelowania rozkładu naprężeń własnych na szerokości taśmy dla stali S355, na powierzchni górnej (PG) oraz dolnej (PD), dla wczesnego (WCL) i późnego (PCL) chłodzenia laminarnego.