پيشبيني خواص مكانيكي و شبيه سازي استحاله هاي فازي آستنيت در فرآيند نورد گرم ورق دو نوع فولاد HSLA، با جهت گيري توليد گريد 70X L5 API

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

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.

221117

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان