×

Na stronie http://www.imz.pl stosujemy pliki cookies (ciasteczka) w celu gromadzenia danych statystycznych oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron. Dalsze korzystanie z naszej strony oznacza, że wyrażają Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza
1-12.png

Bogdan Garbarz

Instytut Metalurgii Żelaza

PLANOWANE CELE I OSIĄGNIĘTE WYNIKI PROJEKTU: "OPRACOWANIE PODSTAW PRZEMYSŁOWYCH TECHNOLOGII KSZTAŁTOWANIA STRUKTURY I WŁAŚCIWOŚCI WYROBÓW Z METALI I STOPÓW Z WYKORZYSTANIEM SYMULACJI FIZYCZNEJ I NUMERYCZNEJ

Artykuł zawiera główne wyniki projektu badawczego rozwojowego nr N R07 0008 04 pt. "Opracowanie podstaw przemysłowych technologii kształtowania struktury i właściwości wyrobów z metali i stopów z wykorzystaniem symulacji fizycznej i numerycznej" finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, wykonanego przez Instytut Metalurgii Żelaza w Gliwicach (koordynator), Akademię Górniczo-Hutniczą (Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej), Politechnikę Częstochowską (Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej), Politechnikę Śląską (Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii) i Politechnikę Warszawską (Wydział Inżynierii Materiałowej). Zasadniczym celem projektu było unowocześnienie, rozwinięcie i dostosowanie do aktualnych potrzeb metod symulacji numerycznej, fizycznej laboratoryjnej i fizycznej półprzemysłowej, mających zastosowanie do projektowania wymaganej mikrostruktury i właściwości wyrobów z metali i stopów oraz wykorzystanie tych metod do opracowania podstaw przemysłowych technologii wytwarzania wyrobów walcowanych z nowych gatunków stali. W wyniku realizacji projektu opracowano modele numeryczne przeznaczone do symulacji procesów fizycznych i operacji technologicznych dotyczących wytwarzania i przetwarzania półwyrobów i wyrobów ze stali i stopów metali, rozwinięto metody modelowania fizycznego obróbki cieplnoplastycznej stali i stopów żelaza w warunkach laboratoryjnych i półprzemysłowych oraz opracowano podstawy przemysłowych technologii wytwarzania wyrobów stalowych z następujących nowych grup gatunkowych stali: niestopowej ultradrobnoziarnistej, wielofazowej oraz ultrawytrzymałej nanokompozytowej bainityczno-austenitycznej.

Roman Kuziak, Valeriy Pidvysots'kyy, Władysław Zalecki, Ryszard Molenda, Zdzisław Łapczyński

Instytut Metalurgii Żelaza

SYMULACJA NUMERYCZNA I SYMULACJA FIZYCZNA W SKALI LABORATORYJNEJ ZMIAN MIKROSTRUKTURY AUSTENITU W PROCESIE WALCOWANIA BLACH ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ WIELOFAZOWEJ

Na przykładzie stali CP opisano proces budowy kompleksowego modelu matematycznego obejmującego reologię odkształcanego materiału oraz zmiany zachodzące w strukturze austenitu w procesach obróbki plastycznej. Opracowany model matematyczny uwzględnia zależność kinetyki zmian strukturalnych od wielkości początkowego ziarna austenitu, wartości odkształcenia zastępczego i prędkości odkształcenia oraz od temperatury i czasu. Dzięki temu możliwe jest jego implementowanie do programów numerycznych symulujących płynięcie plastyczne materiału i transport ciepła wykorzystujących metodę elementów skończonych. Model matematyczny rozwoju struktury opracowano w oparciu o analizę wyników badań przeprowadzonych z wykorzystaniem symulatora Gleeble 3800. Modele opracowane w badaniach implementowano w komputerowym systemie wspomagającym projektowanie i realizację półprzemysłowego walcowania na gorąco, zaś wyniki przeprowadzonych symulacji z wykorzystaniem tego systemu przedstawione zostaną w prezentacji Pietrzyka i Raucha [1]. W artykule przedstawiono również możliwości symulacji fizycznej procesu walcowania na gorąco blach z wykorzystaniem symulatora Gleeble 3800. Metoda ta pozwala bardzo efektywnie wyznaczyć parametry procesu walcowania dla uzyskania pożądanej struktury blach.

Franciszek Grosman, Eugeniusz Hadasik, Zdzisław Cyganek, Marek Tkocz

Politechnika Śląska, Katedra Technologii Materiałów

MODEL NUMERYCZNY PROCESU WALCOWANIA BLACH I PRĘTÓW DLA WARUNKÓW LINII LPS I WARUNKÓW PRZEMYSŁOWYCH

Tematyka modelowania komputerowego procesu walcowania blach i prętów jest w chwili obecnej szeroko poruszana w literaturze polskiej i światowej. Jest to związane z ciągłym rozwojem metod numerycznych oraz ich znaczenia w przygotowaniu produkcji wyrobów walcowanych. Prowadzenie symulacji numerycznych na etapie projektowania procesu walcowania pozwala określić m.in. efekty, jakie zostaną uzyskane w materiale po procesie odkształcania, a co za tym idzie, właściwości wyrobu. W zastosowaniach przemysłowych pozwala to na obniżenie kosztów planowania produkcji i szybkie dopasowanie profilu produkcji do potrzeb zmieniającego się rynku. W Instutucie Metalurgii Żelaza w Gliwicach powstała linia walcownicza LPS, która umożliwia m.in. eksperymentalne sprawdzenie poprawności zaprojektowanego procesu walcowania blach i prętów z nowych gatunków materiałów. Aby prawidłowo przewidywać zachowanie się materiału w trakcie walcowania, uzyskane efekty strukturalne oraz parametry siłowe procesu walcowania, badania fizyczne, prowadzone na linii LPS, będą wspomagane obliczeniami numerycznymi. Model numeryczny procesu walcowania blach i prętów został przygotowany w Katedrze Technologii Materiałów Politechniki Śląskiej.

Agnieszka Cebo-Rudnicka, Zbigniew Malinowski, Beata Hadała, Andrzej Gołdasz

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

MODEL NUMERYCZNY WYMIANY CIEPŁA W PROCESACH WALCOWANIA WLEWKÓW PÓŁPRZEMYSŁOWYCH W LINII LPS I WLEWKÓW CIĄGŁYCH W WALCOWNIACH BLACH I PRĘTÓW

W pracy przedstawiono model numeryczny, opisujący przewodzenie ciepła w prętach i płaskownikach walcowanych w linii LPS i innych układach ciągłego walcowania. Rozwiązanie uzyskano w przekroju poprzecznym płaskownika lub pręta. W modelu uwzględniono zmianę kształtu przekroju bryły w wyniku odkształcenia plastycznego. Zmianę kształtu wprowadzono przez transformację przekroju poprzecznego pręta lub płaskownika. W modelu wymiany ciepła uwzględniono ciepło odkształcenia plastycznego, ciepło tarcia na powierzchni styku odkształcanego materiału z walcami. Uwzględniono również efekty cieplne przemian fazowych. Model numeryczny i oprogramowanie testowano w warunkach linii LPS.

Władysław Zalecki, Ryszard Molenda

Instytut Metalurgii Żelaza

Maciej Pietrzyk

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

NUMERYCZNY MODEL PRZEMIAN FAZOWYCH ZACHODZĄCYCH W STALI KONSTRUKCYJNEJ WIELOFAZOWEJ

Artykuł prezentuje wyniki prac wykonanych w ramach projektu badawczo rozwojowego nr N R07 0008 04 (nr IMŻ PR 0015) pt.: "Opracowanie podstaw przemysłowych technologii kształtowania struktury i właściwości wyrobów z metali i stopów z wykorzystaniem metod symulacji fizycznej i numerycznej", których celem było opracowanie numerycznego modelu przemian fazowych zachodzących w stali konstrukcyjnej wielofazowej. Opracowanie modelu poprzedziły badania dylatometryczne, których wyniki stanowiły podstawę obliczeń numerycznych. Opracowano modele numeryczne dla stali konstrukcyjnej wielofazowej nie poddawanej odkształceniu, a także odkształconej przy różnych temperaturach, tj. gwarantujących pełną rekrystalizację struktury odkształconego austenitu jak i jej powstrzymanie przed rozpoczęciem chłodzenia. Do identyfikacji parametrów modelu numerycznego wykorzystano metodę obliczeń odwrotnych.

Andriy Burbelko, Wojciech Kapturkiewicz

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa

Zdzisław Kudliński, Jacek Pieprzyca

Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii

NUMERYCZNY MODEL WLEWKA CIĄGŁEGO I JEGO ZASTOSOWANIE DO SYMULACJI PROCESU CIĄGŁEGO ODLEWANIA WLEWKÓW KWADRATOWYCH ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ

Przedstawiono założenia wyjściowe i wyniki modelowania krzepnięcia wlewków stalowych o przekro­ju kwadratowym 160×160 mm odlewanych ze stali gatunku B1 w łukowej instalacji COS. Przeprowadzono modelowanie krzepnięcia wlewków. W mode­lowaniu wykorzystano oprogramowanie ProCAST (ESI Group). Wykazano możliwość progno­zowania pola temperatury we wlewku oraz profilu przestrzennego strefy ciekłej i dwufazowej (ciekło-stałej).

Andrzej Gołdasz, Zbigniew Malinowski, Agnieszka Cebo-Rudnicka, Beata Hadała

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

WPŁYW DODATKOWEGO CHŁODZENIA NAROŻY NA ROZKŁAD NAPRĘŻEŃ I ODKSZTAŁCEŃ WE WLEWKU ODLEWANYM W SPOSÓB CIĄGŁY

W pracy przedstawiono trójwymiarowy model naprężeń i odkształceń powstających we wlewku odlewanym w sposób ciągły. Rozwiązanie uzyskano metodą elementów skończonych. Analizowano wpływ dodatkowego chłodzenia naroży na rozkład naprężeń i odkształceń powstających we wlewku odlewanym w urządzeniu COS. Przeprowadzono również analizę wpływu tego chłodzenia pod kątem możliwości powstawania pęknięć w strefie naroży. Obliczenia pękania prowadzono z zastosowaniem powszechnie wykorzystywanego w tym celu kryterium Lathama. Analizowano proces odlewania wlewków kwadratowych o wymiarach 160×160 mm ze stali o zawartości węgla 0,84%.

Wojciech Kapturkiewicz, Andriy Burbelko

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa

Zdzisław Kudliński, Jacek Pieprzyca

Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii

MODELOWANIE KOMPUTEROWE KRZEPNIĘCIA PÓŁPRZEMYSŁOWEGO WLEWKA STACJONARNEGO Z WYKORZYSTANIEM OPROGRAMOWANIA PROCAST

Dla modelowania procesu krzepnięcia wlewka stacjonarnego wykorzystano oprogramowanie ProCAST, stosowane dotychczas w modelowaniu procesów ściśle odnoszących się do procesów odlewniczych. Przedmiotem modelowania był proces stygnięcia stacjonarnego wlewka o wymiarach 100×100×1100 mm we wlewnicy, od momentu rozpoczęcia zalewania metalu do zakończenia krzepnięcia, wraz z procesami tworzenia struktury, skurczu metalu i tworzenia jam skurczowych. Analiza porównawcza dla dwóch typów stali wskazuje na istotne różnice w polu temperatury i kinetyce wzrostu fazy zakrzepłej w trakcie procesu zalewania i krzepnięcia wlewków. Rezultaty modelowania wskazują na duże możliwości symulacji komputerowej dla odtworzenia procesu krzepnięcia wlewka, a przez to przeprowadzenia eksperymentów numerycznych dla optymalizacji technologii.

Henryk Dyja, Marcin Knapiński, Marcin Kwapisz, Piotr Szota

Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej

FIZYCZNE SYMULACJE WALCOWANIA BLACH ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ ULTRADROBNOZIARNISTEJ Z ZASTOSOWANIEM URZĄDZENIA GLEEBLE 3800

W pracy przedstawiono wyniki fizycznych symulacji procesu walcowania blach arkuszowych i taśmowych z konstrukcyjnej stali ultradrobnoziarnistej. Celem przeprowadzonych symulacji było określenie wpływu zastosowanego schematu odkształceń i temperatur na uzyskaną strukturę końcową materiału po ochłodzeniu do temperatury otoczenia. W badaniach dla wybranych analizowanych schematów odkształceń, zarówno w warunkach symulacji walcowania blach arkuszowych, jak i taśmowych zastosowano zróżnicowane warunki chłodzenia i określono optymalne parametry procesu, umożliwiające uzyskanie możliwie dużego rozdrobnienia ziarna ferrytu.

Marcin Knapiński, Anna Kawałek, Marcin Kwapisz

Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej

FIZYCZNE SYMULACJE WALCOWANIA BLACH Z WYSOKOWĘGLOWEJ STALI BAINITYCZNEJ Z ZASTOSOWANIEM URZĄDZENIA GLEEBLE 3800

W pracy przedstawiono wyniki fizycznych symulacji procesu walcowania blach z wysokowęglowej stali bainitycznej. W pierwszym etapie badań określono podatność stali do odkształcenia na gorąco. Natomiast w dalszych badaniach analizowano różne schematy walcowania, w celu stwierdzenia, czy materiał w zadanych warunkach odkształceń płynie plastycznie bez utraty spójności. Przeprowadzono również symulacje chłodzenia po walcowaniu i bezpośredniej niskotemperaturowej obróbki cieplnej. W efekcie uzyskano w stali strukturę bainityczną w postaci cienkich listew bainitu.

Franciszek Grosman, Eugeniusz Hadasik, Marek Tkocz, Zdzisław Cyganek

Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Materiałów

SYMULACJA ZAMYKANIA I SPAJANIA NIECIĄGŁOŚCI WSADU W PROCESACH WALCOWANIA BLACH I PRĘTÓW

W artykule przedstawiono model numeryczny oraz wybrane wyniki przeprowadzonych symulacji wstępnej fazy walcowania prętów oraz blach. Zastosowano modele geometryczne wlewków ciągłych, w których wprowadzono modelowe nieciągłości materiałowe. Model i parametry symulacji odpowiadały warunkom walcowania na uruchomionej w Instytucie Metalurgii Żelaza linii LPS. Przeanalizowano rozkład stanu naprężenia w kotlinie walcowniczej, jak również zmiany kształtu modelowych nieciągłości materiałowych. Na podstawie analizy uzyskanych wyników symulacji sformułowano zalecenia dotyczące doboru warunków początkowej fazy walcowania na gorąco blach i prętów, korzystnych ze względu na zamykanie i spajanie wewnętrznych nieciągłości materiałowych we wlewkach z ciągłego odlewania.

Adam Płachta, Dariusz Kuc, Grzegorz Niewielski

Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii

OPRACOWANIE CHARAKTERYSTYK TECHNOLOGICZNEJ PLASTYCZNOŚCI STALI KONSTRUKCYJNEJ SUPERDROBNOZIARNISTEJ, KONSTRUKCYJNEJ WIELOFAZOWEJ I WYSOKOWĘGLOWEJ BAINITYCZNEJ

W artykule przedstawiono wyniki badań plastometrycznych i ilościowej oceny mikrostruktury trzech gatunków stali: konstrukcyjnej superdrobnoziarnistej, konstrukcyjnej wielofazowej i wysokowęglowej bainitycznej. Stale odkształcano metodą skręcania na gorąco w temperaturze od 600°C do 1100°C z prędkością od 0,1 s-1 do 10 s-1. Na podstawie otrzymanych wyników wyznaczono krzywe płynięcia w układzie naprężenie uplastyczniające-odkształcenie rzeczywiste. Analizie poddano punkty charakterystyczne dla krzywej płynięcia: maksymalną wartość naprężenia uplastyczniającego, odpowiadającą jej wartość odkształcenia oraz wartość odkształcenia granicznego. Wyznaczono energię aktywacji odkształcenia plastycznego. Badania zmian mikrostruktury stali po próbie skręcania na gorąco wykonano przy użyciu techniki mikroskopii świetlnej.

Beata Hadała, Zbigniew Malinowski, Agnieszka Cebo-Rudnicka, Andrzej Gołdasz

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

WPŁYW DOGRZEWANIA I EKRANÓW CIEPLNYCH NA ZMIANĘ TEMPERATURY PASMA WALCOWANEGO W LINII LPS

W pracy przedstawiono modele matematyczne opisujące wymianę ciepła w czasie nagrzewania wsadu w komorowym piecu elektrycznym oraz podczas chłodzenia pasma osłoniętego ekranem cieplnym. Rozwiązanie uzyskano w przekroju poprzecznym pasma. Modele matematyczne dostosowano do warunków nagrzewania i walcowania płaskowników w linii LPS. Model nagrzewania wsadu w elektrycznym piecu komorowym opracowano na podstawie radiacyjnej wymiany ciepła między nagrzewanym materiałem i ścianami pieca. Model wymiany ciepła pasma osłoniętego ekranem cieplnym opracowano dla ekranu zbudowanego z trzech warstw: wewnętrznej osłony metalowej, warstwy izolującej i zewnętrznej osłony metalowej. Modelowano dwa ekrany: jeden z osłoną z blachy stalowej i drugi z osłoną wykonaną z blachy aluminiowej. Model wymiany ciepła pasma osłoniętego ekranem cieplnym może być zastosowany również dla innych linii walcowania ciągłego slabów i blach.

Henryk Dyja, Sebastian Mróz, Anna Kawałek, Piotr Szota, Andrzej Stefanik

Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej

WERYFIKACJA NUMERYCZNEGO MODELU WALCOWANIA BLACH I PRĘTÓW Z GATUNKÓW STALI KONSTRUKCYJNEJ SUPERDROBNOZIARNISTEJ I WYSOKOWĘGLOWEJ BAINITYCZNEJ, OPRACOWANEGO DLA WARUNKÓW TECHNICZNYCH LPS I WARUNKÓW PRZEMYSŁOWYCH

W pracy testowano numeryczne modele walcowania blach i prętów z gatunków stali konstrukcyjnej superdrobnoziarnistej i wysokowęglowej bainitycznej w zakresie parametrów charakterystycznych dla linii walcowniczej LPS i procesów przemysłowych. Do analizy numerycznej procesu walcowania blach i prętów wykorzystano program komputerowy Forge2008R. Do testowania modelu walcowania blach w warunkach przemysłowych wybrano walcownię blach huty ISD Częstochowa Sp. z o.o. Natomiast do testowania modelu walcowania prętów w warunkach przemysłowych wybrano walcownie ciągłą prętów huty CMC Zawiercie S.A. Po wykonaniu obliczeń testowych, z wykorzystaniem opracowanych modeli walcowania blach i prętów, poddano ocenie dokładności testowanego modelu metodą porównania wyników symulacji z danymi rzeczywistymi. Przeprowadzone badania teoretyczne wykazały, że opracowane modele matematyczne walcowania są prawidłowe i mogą być stosowane do analizy procesu walcowania wyrobów ze stali konstrukcyjnej superdrobnoziarnistej i stali wysokowęglowej bainitycznej.

Marek Hetmańczyk, Grzegorz Niewielski, Dariusz Kuc, Eugeniusz Hadasik

Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii

OPRACOWANIE ZALECEŃ TECHNOLOGICZNYCH DO WALCOWANIA BLACH W LPS NA PODSTAWIE WYNIKÓW Z SYMULACJI NUMERYCZNYCH I FIZYCZNYCH

W niniejszym referacie przedstawiono zalecenia technologiczne do walcowania blach i prętów w LPS w oparciu o wyniki z symulacji numerycznych i fizycznych, badań dylatometrycznych oraz obliczeń własnych w programie "TTSteel" do symulacji obróbki cieplnej prowadzonych dla trzech wytypowanych gatunków stali. Wyniki symulacji dla walcowania z zastosowaniem zbijacza zgorzeliny wskazują na nadmierny spadek temperatury na powierzchni wsadu. Proponowany kontrolowany sposób chłodzenia dla uzyskania struktury końcowej polega na zastosowaniu różnych kombinacji odkształcenia plastycznego, szybkości chłodzenia, czasowego wytrzymania w stałej temperaturze i końcowego dochładzania po zakończeniu procesu obróbki cieplno-plastycznej. Zakłada się również możliwość wprowadzenia obróbki cieplnej w miejsce tych wariantów, w których istnieje niebezpieczeństwo nadmiernych naprężeń i odkształceń.

Łukasz Rauch, Rafał Gołąb

AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Roman Kuziak, Valeriy Pidvysots'kyy

Instytut Metalurgii Żelaza

Maciej Pietrzyk

AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

ZASTOSOWANIE KOMPUTEROWEGO SYSTEMU EKSPERCKIEGO DO PROJEKTOWANIA TECHNOLOGII WALCOWANIA NA GORĄCO BLACH W LPS

Zastosowanie systemów komputerowych w przemyśle jest coraz częstsze, co szczególnie jest widoczne w przedsiębiorstwach nastawionych na bezpośredni kontakt ze zmieniającymi się potrzebami klientów. W przetwórstwie metali ma to przede wszystkim odzwierciedlenie w zapotrzebowaniu klientów na specyficzne własności półproduktów i wyrobów finalnych. Aby sprostać tym wymaganiom, zwykle konieczne jest podjęcie wielu kosztowych analiz doświadczalnych, które metodą prób i błędów dają oczekiwany rezultat. Dlatego potrzebne są systemy komputerowe oferujące funkcjonalność hybrydową, łączącą symulacje numeryczne, optymalizację i wiedzę ekspercką wspomagającą projektowanie technologii. W artykule przedstawiono szczegóły projektu oraz implementacji systemu, który został wykonany dla wspomagania projektowania technologii z wykorzystaniem Linii Półprzemysłowej Symulacji (LPS). Możliwości systemu przedstawiono na przykładzie stali konstrukcyjnej CP. W systemie zaimplementowano modele dla tej stali opracowane na podstawie badań wykonanych w IMŻ. W artykule zaprezentowano wyniki symulacji numerycznych wykonanych z wykorzystaniem zaproponowanego systemu.

Dariusz Woźniak, Marek Burdek, Józef Gawor, Mariusz Adamczyk, Rafał Palus

Instytut Metalurgii Żelaza

OPRACOWANIE METODYKI PÓŁPRZEMYSŁOWEJ SYMULACJI WALCOWANIA NA GORĄCO I OBRÓBKI CIEPLNOPLASTYCZNEJ BLACH I PRĘTÓW Z ZASTOSOWANIEM MODUŁU B-LPS OBEJMUJĄCEGO JEDNOKLATKOWĄ WALCARKĘ NAWROTNĄ ORAZ URZĄDZENIA POMOCNICZE I STERUJĄCO-REJESTRUJĄCE

Na podstawie badań eksperymentalnych i analizy teoretycznej opracowano metodykę półprzemysłowej symulacji procesów walcowania na gorąco i obróbki cieplno-plastycznej w LPS stali uwzględniającą geometryczne i fizyczne podobieństwo odkształcanego materiału oraz narzędzi w stosunku do obiektów rzeczywistych. Określono stosunki prędkości obrotowych walców i czasów trwania odkształcenia oraz prędkości odkształcenia modelu i obiektu rzeczywistego. W oparciu o opracowaną metodykę wykonano symulacje przemysłowego procesu walcowania i przyśpieszonego chłodzenia blach oraz prętów w istniejącym module B-LPS oraz porównano właściwości mechaniczne i strukturę wyrobów z procesu przemysłowego i z LPS.

Lech Bulkowski, Urszula Galisz, Jerzy Pogorzałek, Janusz Stecko, Artur Mazur, Józef Gawor

Instytut Metalurgii Żelaza

WYTAPIANIE I ODLEWANIE W PRÓŻNIOWYM PIECU INDUKCYJNYM WLEWKÓW STALOWYCH PRZEZNACZONYCH NA MATERIAŁ BADAWCZY DO SYMULACJI FIZYCZNYCH W SKALI PÓŁPRZEMYSŁOWEJ

Opracowano technologie i wykonano w próżniowym piecu indukcyjnym VSG 100 wytopy doświadczalne stali o wymaganej superczystości metalurgicznej, obejmujące następujące grupy stali: stale konstrukcyjne mikrostopowe o strukturze superdrobnoziarnistej, stale konstrukcyjne o strukturze wielofazowej i wysokowęglowe, średniostopowe stale bainityczne. Wytopy odlewano do krystalizatorów miedzianych chłodzonych wodą oraz do wlewnic żeliwnych z nadstawkami, o zróżnicowanych wymiarach i masach wlewka. Przeprowadzono badania wpływu parametrów odlewania oraz warunków krzepnięcia wlewka wysokowęglowej średniostopowej stali bainitycznej odlanego do konwencjonalnej wlewnicy żeliwnej o przekroju płaskim na makrosegregacje pierwiastków. Wykonano badania makrosegregacji strefowej pierwiastków we wlewku oraz wyznaczono charakterystyki wysokotemperaturowe stali.

Bogdan Garbarz, Dariusz Woźniak, Wojciech Burian, Barbara Niżnik, Rafał Palus

Instytut Metalurgii Żelaza

OPRACOWANIE PODSTAW PRZEMYSŁOWEJ TECHNOLOGII WYTWARZANIA BLACH Z SUPERTWARDEJ WYSOKOWĘGLOWEJ STALI BAINITYCZNEJ Z ZASTOSOWANIEM METODY PÓŁPRZEMYSŁOWEJ SYMULACJI

Metodą symulacji fizycznej w skali półprzemysłowej opracowano przemysłową technologię wytwarzania ultrawytrzymałych blach arkuszowych z nowoopracowanej nanokompozytowej stali o strukturze bainitycznej z udziałem austenitu resztkowego, nazwanej NANOS-BA. Skład chemiczny stali NANOS-BA (0,55-0,59%C, dodatki stopowe Mn, Si, Cr i Mo oraz mikrododatki V, Al i Ti) umożliwia wytworzenie z zastosowaniem obróbki cieplnoplastycznej i obróbki cieplnej wyrobów charakteryzujących się wysoką twardością i wytrzymałością oraz dobrą plastycznością. Eksperymenty w skali półprzemysłowej wykonano w Instytucie Metalurgii Żelaza z zastosowaniem modułu B linii LPS składającego się z elektrycznego pieca grzewczego, zbijacza zgorzeliny, nawrotnej walcarki duo/kwarto, urządzenia do przyspieszonego chłodzenia pasma i pieca elektrycznego do obróbki cieplnej bezpośrednio po walcowaniu. Materiałem wsadowym były półprzemysłowe wlewki z badanej stali NANOS-BA o masie 70-95 kg wytopione i odlane w indukcyjnym piecu próżniowym VSG100S, stanowiącym moduł A1 linii LPS. Do opracowania programu przepustów, przebiegów chłodzenia i parametrów obróbki cieplnej wykorzystano wyniki badań laboratoryjnych. Technologię przemysłowego wytwarzania ultrawytrzymałych blach arkuszowych ze stali NANOS-BA opracowano w dwóch odmianach: jako proces zintegrowany obejmujący następujące bezpośrednio po sobie wszystkie operacje technologiczne i jako proces etapowy składający się z etapu regulowanego walcowania i z odrębnego etapu finalnej obróbki cieplnej. W wyniku półprzemysłowej symulacji wytworzono blachy ze stali NANOS-BA o grubości w przedziale 4-15 mm, które poddano badaniom strukturalnym i wytrzymałościowym. Ustalono, że struktura blach składa się z nanolistew bezwęglikowego bainitu i austenitu resztkowego w ilości 20-25% obj. Blachy charakteryzują się wysoką twardością z zakresu 600-650HV, granicą plastyczności powyżej 1,3 GPa i dobrą plastycznością, na poziomie 12-20% wydłużenia całkowitego w próbie rozciągania. Wykazano, że półprzemysłowa symulacja jest efektywną metodą opracowywania technologii gotowych do zastosowania przemysłowego.

Jarosław Marcisz, Bogdan Garbarz, Mariusz Adamczyk

Instytut Metalurgii Żelaza

OPRACOWANIE PODSTAW PRZEMYSŁOWEJ TECHNOLOGII WYTWARZANIA WYROBÓW ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ SUPERDROBNOZIARNISTEJ Z ZASTOSOWANIEM METODY PÓŁPRZEMYSŁOWEJ SYMULACJI

W artykule przedstawiono założenia do technologii regulowanego walcowania na gorąco blach z niskowęglowej stali 0,15%C-0,90%Mn, umożliwiającej wytworzenie mikrostruktury ultradrobnoziarnistej (UDZ). Założono, że pożądany typ mikrostruktury zostanie wytworzony po walcowaniu i regulowanym chłodzeniu bez dodatkowej obróbki cieplnej. Wykonano symulacje fizyczne obróbki cieplno-plastycznej w skali laboratoryjnej za pomocą urządzenia Gleeble oraz symulacje walcowania na gorąco i regulowanego chłodzenia z zastosowaniem linii do półprzemysłowej symulacji LPS. Na podstawie wyników badań mikrostruktury blach ustalono zakres temperatury końcowych przepustów, szybkość chłodzenia z zakresu austenitu do temperatury odkształcenia oraz wielkość odkształcenia w ostatnich przepustach i szybkość chłodzenia po ostatnim przepuście. Wyniki badań mikrostruktury na przekroju poprzecznym blach wykazały, że wzrost wartości odkształceń w końcowych przepustach w warunkach przechłodzenia austenitu i przyspieszonego chłodzenia po zakończeniu walcowania powoduje znaczne rozdrobnienie ziarna ferrytu.

Artur Żak, Valeriy Pidvysots'kyy, Dariusz Woźniak, Rafał Palus

Instytut Metalurgii Żelaza

OPRACOWANIE PODSTAW PRZEMYSŁOWEJ TECHNOLOGII WYTWARZANIA BLACH ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ WIELOFAZOWEJ Z ZASTOSOWANIEM METODY PÓŁPRZEMYSŁOWEJ SYMULACJI

W artykule przedstawiono wyniki fizycznej symulacji półprzemysłowej walcowania blach ze stali konstrukcyjnej wielofazowej. Na podstawie uzyskanych wyników badań właściwości mechanicznych i mikrostruktury odwalcowanych blach opracowano wytyczne do przemysłowej technologii walcowania blach ze stali zawierającej 0,1% C, 1,5-2,0% Mn i zmiennej zawartości Ti i V pozwalające na uzyskanie blach o grubości 4 mm i 10 mm o wytrzymałości na rozciąganie wyższej od 900 MPa i wydłużeniu A5 powyżej 16%, co odpowiada maksymalnej wytrzymałości dostępnych komercyjnie taśm ze stali typu CP. Wysokie właściwości wytrzymałościowe blach są wynikiem wytworzenia drobnoziarnistej struktury bainityczno-ferrytycznej. Najlepszy zespół właściwości mechanicznych gotowego wyrobu uzyskano po walcowaniu z temperaturą końca walcowania około 920oC oraz po przyspieszonym chłodzeniu do temperatury 500oC i wytrzymaniu w tej temperaturze w czasie 1800 s.

Dariusz Woźniak, Bogdan Garbarz

Instytut Metalurgii Żelaza

ZAŁOŻENIA TECHNOLOGICZNE I KONSTRUKCYJNE BUDOWY MODUŁU LPS DO PÓŁPRZEMYSŁOWEJ SYMULACJI WALCOWANIA NA GORĄCO I OBRÓBKI CIEPLNOPLASTYCZNEJ TAŚM CIENKICH I PRĘTÓW DROBNYCH

Na podstawie badań eksperymentalnych i analiz teoretycznych opracowano koncepcję, modułowej i etapowej rozbudowy linii LPS, charakterystyki urządzeń w zakresie głównych parametrów oraz szczegółowe założenia projektowe stanowiące podstawę do realizacji projektów wykonawczych. Rozbudowa obejmuje moduły C (taśmy) i D (pręty) do symulacji procesów walcowania na gorąco taśm cienkich oraz prętów drobnych, złożone z nawrotnego zespołu walcowniczego ciągłego oraz urządzeń pomocniczych i sterująco-rejestrujących. Na podstawie wyników prób walcowania prowadzonych w istniejącym module B do nawrotnego walcowania na gorąco dokonano uszczegółowienia założeń konstrukcyjnych dla modułów C i D. Opracowano program budowy modułów C i D w dwóch podetapach. Realizacja podetapu I umożliwi prowadzenie symulacji walcowania taśm i prętów w zakresie ograniczonym ze względu na mniejszą liczbę urządzeń dodatkowych. Zainstalowanie pozostałych urządzeń dodatkowych będzie zrealizowane w II podetapie budowy, po zakończeniu którego możliwe będzie prowadzenie symulacji w pełnym planowanym zakresie.

Janusz Stecko, Piotr Różański, Władysław Zalecki

Instytut Metalurgii Żelaza

ZASTOSOWANIE ANALIZY TERMICZNEJ DO SYMULACJI ZJAWISK W PROCESACH METALURGICZNYCH

W artykule przedstawiono przykłady wykorzystania analizy termicznej w badaniach surowców i technologii hutniczych z obszaru tematyki prac badawczych realizowanych w Zespole Procesów Surowcowych Instytutu Metalurgii Żelaza.

Artur Żak, Wojciech Burian

Instytut Metalurgii Żelaza

SYMULACJA FIZYCZNA W SKALI LABORATORYJNEJ ODLEWANIA AMORFICZNYCH STOPÓW ŻELAZA

Stopy amorficzne są nową grupą materiałów charakteryzującą się w zależności od składu chemicznego, wysoką wytrzymałością rzędu 3-4 GPa i twardością około 8-12 MPa. W artykule przedstawiono fizyczne i techniczne podstawy procesu wytwarzania masywnych stopów żelaza o strukturze amorficznej oraz podano wyniki prób odlewania materiałów amorficznych w procesie odlewania ciśnieniowego wykonanych za pomocą laboratoryjnego stanowiska do wytapiania i odlewania znajdującego się w Zespole Technologii i Aplikacji Wyrobów Instytutu Metalurgii Żelaza.

Marek Burdek

Instytut Metalurgii Żelaza

MODELOWANIE NUMERYCZNE PROCESU ZGNIATANIA OBROTOWEGO TULEI ZE STALI MARAGING

Celem pracy było modelowanie numeryczne procesu zgniatania obrotowego tulei ze stali maraging z zastosowaniem programu QForm3D. Analizowano warianty procesu różniące się średnicą rolek i grubością ścianki tulei. W wyniku obliczeń stwierdzono, że zarówno zmiana średnicy rolek jak i zmiana grubości ścianki tulei powodują podwyższenie temperatury na powierzchni tulei, co jest niedopuszczalne ze względu na możliwe starzenie materiału, które prowadzi do przedwczesnego pękania.

Mariusz Borecki

Instytut Metalurgii Żelaza

NUMERYCZNA SYMULACJA ROZTAPIANIA DRUTÓW ALUMINIOWYCH WPROWADZANYCH DO CIEKŁEJ STALI

Przedstawiono wyniki numerycznej symulacji roztapiania drutów aluminiowych wprowadzanych do ciekłej stali. Do obliczeń wykorzystano program Calco-MOS przeznaczony do symulacji ciągłego odlewania stali. Uznano, że proces ciągłego odlewania, czyli ciągłego krzepnięcia stali, jest odwrotny do procesu ciągłego roztapiania metalu, który ma miejsce podczas wprowadzania drutów do stali. W związku z tym program powinien dobrze modelować roztapianie drutów wprowadzanych do ciekłej stali. Właściwości termofizyczne niezbędne do obliczeń wyznaczono za pomocą programu JMatPro, a współczynnik wymiany ciepła między drutem, a warstwą zakrzepłej na nim stali wyznaczono eksperymentalnie korzystając z wyników doświadczeń laboratoryjnych i pomocniczego modelu numerycznego. Obliczenia wykonano dla drutów o średnicy 10 i 13 mm wprowadzanych do kadzi z różną prędkością w zakresie od 60 do 150 m/min w różnych temperaturach. Na tej podstawie wyznaczono czas i głębokość roztapiania się drutów w kadzi. Uzyskane wyniki porównano ze skutecznością odtleniania stali drutem aluminiowym, wprowadzanym do kadzi z różną prędkością w warunkach przemysłowych.

Piotr Różański, Mariusz Borecki, Ireneusz Szypuła

Instytut Metalurgii Żelaza

WYKORZYSTANIE PROGRAMU FactSage W PROJEKTOWANIU STALOWNICZYCH ŻUŻLI KADZIOWYCH

Komputerowe programy termochemiczne wraz z bazami danych, obejmującymi ciekłe stale, żużle i stałe roztwory tlenków coraz częściej wykorzystuje się do symulacji skomplikowanych reakcji chemicznych i równowag fazowych występujących w procesach wytwarzania stali. Dzięki temu można ograniczyć zakres eksperymentów w skali laboratoryjnej i przemysłowej, co pozwala skrócić czas i obniżyć koszty prac badawczo-rozwojowych. Za pomocą programu FactSage można obliczyć lepkość żużli oraz określić przebieg ich krzepnięcia przy użyciu modelu równowagowego lub modelu Scheil'a, wyznaczając temperatury likwidusu i solidusu oraz powstające fazy. Symulacje w układzie ciekła stal-żużel pozwalają oceniać zdolności rafinacyjne żużli, w tym zdolność odsiarczania lub odfosforowania kąpieli stalowej. Z kolei symulacje w układzie żużel - materiał ogniotrwały można wykorzystać w procesie doboru wymurówki roboczej urządzenia na linii żużla. W artykule przedstawiono przykłady wykorzystania programu FactSage w procesie doboru kadziowego żużla rafinacyjnego.

Wacław Wittchen, Artur Mazur

Instytut Metalurgii Żelaza

METODA TERMOWIZJI JAKO NARZĘDZIE POMOCNICZE W PROCESACH SYMULACJI NUMERYCZNEJ

Technika termowizyjna w przemyśle hutniczym może być wykorzystywana do kontroli stanu technicznego urządzeń, monitorowania procesów technologicznych oraz wspomagania procedur badawczych, w tym symulacji fizycznej i numerycznej. Przykłady zastosowania termowizji jako narzędzia przydatnego w procesach symulacji numerycznej przedstawiono na przykładzie programu ProCAST służącego do symulacji odlewania i krzepnięcia metalu. Zaprezentowano to na przykładzie symulacji numerycznej procesu ciągłego odlewania stali. Ponadto przedstawiono przykład weryfikacji wyników symulacji numerycznej zmian temperatury na powierzchni kadzi lejniczej w oparciu o pomiary temperatury na obiekcie rzeczywistym. Zasygnalizowano możliwości wykorzystania techniki termowizyjnej jako narzędzia wspomagającego w pracach badawczych do weryfikacji wyników obliczeń numerycznych poprzez porównanie ich z pomiarami przeprowadzonymi na obiektach rzeczywistych w warunkach przemysłowych.

2012-10-21


Powrótwersja do druku