Analiza efektywności wdrożenia technologii walcowania normalizującego w przedsiębiorstwie hutniczym

Transkrypt

1 S. 294 Hutnik Wiadomości hutnicze Nr 6 Dr inż. Marcin KNAPIŃSKI UKD: :669-41: (438): Dr inż. Anna Kawałek Prof. dr hab. inż. Henryk Dyja Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Instytut Modelowania i Automatyzacji Procesów Przeróbki Plastycznej al. Armii Krajowej 19, Częstochowa Analiza efektywności wdrożenia technologii walcowania normalizującego w przedsiębiorstwie hutniczym The analysis of the efficiency of the application of the normalizing rolling in a steel plant W pracy przedstawiono analizę efektywności wdrożenia nowej technologii, procesu walcowania normalizującego w przedsiębiorstwie hutniczym. Analiza została przeprowadzona przy użyciu archiwalnych danych finansowych z przedsiębiorstwa z lat Ponadto autorzy opisali podstawy procesu walcowania regulowanego oraz prace badawczo rozwojowe niezbędne do wdrożenia nowej innowacyjnej technologii w przedsiębiorstwie hutniczym. In the work the analysis of the efficiency of the application of the new technology of normalized rolling process in a steel plant was shown. The analysis was carried out using the archival financial data from the factory from years. Additionally authors described the fundamentals of the control rolling process and research and development activities needed for application of the new innovation technology in a steel plant. Controlled rolling is a variant of the plastic working of metals and alloys, which is characterized by controllable stock heating conditions, temperature and deformation parameters strictly defined for a given chemical composition and preset product cooling conditions at different plastic working stages. As a result, the preset structure is obtained, along with a special type of substructures and hardening phases that assure a simultaneous enhancement of strength and impact resistance or provide special properties for the material. Słowa kluczowe: walcowanie regulowane, efektywność ekonomiczna, walcowanie blach Key words: controlled rolling, economical efficiency, plate rolling Wstęp. Modernizacja zakładów przemysłu hutniczego prowadzona jest w kierunku stosowania nowych, uzasadnionych naukowo technologii cechujących się ciągłością procesów, zmniejszoną energochłonnością i oszczędnością zużycia materiałów na jednostkę gotowego wyrobu. Uzasadnionym wynikiem tej tendencji w rozwoju produkcji metali jest łączenie odkształcenia plastycznego i obróbki cieplnej w jeden proces technologiczny. Rozszerza się przy tym zakres stosowania odkształcenia plastycznego, które może być wykorzystane nie tylko do nadania wyrobom wymaganych kształtów i wymiarów, ale także do kształtowania niezbędnych własności mechanicznych wyrobów walcowanych. Podstawowa idea łączenia procesów przeróbki plastycznej i obróbki cieplnej polega na ukierunkowanym wykorzystaniu efektu wpływu defektów budowy krystalicznej nagrzanej przed walcowaniem i odkształconej stali, na jej strukturę i własności po ochłodzeniu, a także częstokroć po dalszej obróbce cieplnej. Najbardziej rozpowszechnionymi sposobami łączonego oddziaływania temperaturowo-odkształceniowego jest walcowanie regulowane, umacnianie cieplne oraz różne warianty obróbki cieplno-mechanicznej: wysokotemperaturowa obróbka cieplno-mechaniczna, obróbka cieplno-mechaniczna z przemianą perlityczną, odprężająca obróbka cieplno-mechaniczna i inne. Celem pracy było przeprowadzenie analizy efektywności wdrożenia w jednej z walcowni blach grubych, technologii walcowania normalizującego. Na podstawie wcześniejszych badań [1 6] zaproponowano walcowanie według ściśle dobranych parametrów (temperatura, wielkość i prędkość odkształcenia w poszczególnych przepustach), które zapewniły uzyskanie bezpośrednio po walcowaniu blach o własnościach porównywalnych z otrzymywanymi po walcowaniu tradycyjnym i oddzielnej obróbce cieplnej. Analizę efektywności inwestycji przeprowadzono opierając się na archiwalnych danych produkcji i sprzedaży przedsiębiorstwa hutniczego pochodzących z lat Walcowanie regulowane. Podstawowym kryterium jakości sterowania procesem walcowania blach jest osiągnięcie wymaganej mikrostruktury wyrobu po walcowaniu i w konsekwencji, żądanych własności po ochłodzeniu do temperatury otoczenia. Przez wiele lat teoretyczne przewidywania rozwoju mikrostruktury w warunkach zmiennych temperatur i prędkości odkształcenia, jakie panują podczas walcowania blach, było bardzo utrudnione. Dlatego funkcje celu dla systemów sterowania walcownią były formułowane w postaci żądanej temperatury końca walcowania, która powinna zagwarantować właściwą mikrostrukturę blach. W niektórych bardziej

2 2008 r. Hutnik Wiadomości hutnicze S. 295 zaawansowanych modelach wiązano temperaturę z wielkościami odkształceń w ostatnich przepustach, co pozwala na pewną poprawę jakości sterowania procesem walcowania. Nie uwzględnianie rozwoju mikrostruktury w modelach sterowania walcownią ma dwie podstawowe wady: a. pomijana jest historia odkształcenia i jej wpływ na mikrostrukturę, co może w konsekwencji prowadzić do błędnych wyników w przypadkach jakichkolwiek zakłóceń pracy walcowni, b. brak powiązania między mikrostrukturą wyrobów i oporem odkształcenia metalu, co nie pozwala na uwzględnienie walcowania w warunkach niepełnej lub zatrzymanej rekrystalizacji, czyli nie pozwala na sterowanie procesem regulowanego walcowania. W ostatnich latach nastąpił bardzo szybki rozwój technik numerycznych, co pozwoliło na opracowanie modeli wielu procesów i zjawisk trudnych do matematycznego opisu metodami analitycznymi. Postęp ten uwidocznił się również w zakresie modelowania rozwoju mikrostruktury. Znaczenie modelowania rozwoju mikrostruktury podsumował w swoich rozważaniach Sellars [1] następująco: przy zadanym składzie chemicznym stali, płynięcie metalu w wysokich temperaturach jest w znacznej mierze zależne od mikrostruktury, określenie wartości przewidywanych sił całkowitego nacisku i własności mechanicznych jest możliwe tylko wtedy, gdy znana jest mikrostruktura metalu, mikrostruktura wyrobu po walcowaniu i chłodzeniu decyduje o jego własnościach w temperaturach otoczenia, próby przemysłowe są drogie, trudne do kontrolowania i ograniczone bieżącą zdolnością produkcyjną walcowni, symulacja laboratoryjna z wykorzystaniem dostępnej obecnie aparatury nie jest w stanie odtworzyć wszystkich warunków przemysłowego procesu walcowania. Biorąc pod uwagę powyższe obserwacje Sellarsa [1] uznano, że badania nad nowymi modelami rozwoju mikrostruktury powinny być realizowane drogą równoległych badań laboratoryjnych, numerycznych symulacji i przemysłowego walcowania. Problemy współzależności pomiędzy parametrami procesów walcowania na gorąco i rozwojem mikrostruktury były analizowane przez wielu autorów, z których na szczególne podkreślenie zasługuje Sellars [1], Roberts i in. [2], Laasraoui i Jonas [3], Choquet i in. [4], Hodgson i Gibbs [5] i Yada [6]. W pracach tych zaprezentowano wiele równań opisujących proces rekrystalizacji i rozrostu ziarna. Najbardziej rozpowszechnionymi sposobami przemysłowego łączonego oddziaływania temperaturowo-odkształceniowego jest walcowanie regulowane, umacnianie cieplne oraz różne warianty obróbki cieplno-mechanicznej: wysokotemperaturowa obróbka cieplno-mechaniczna, obróbka cieplno-mechaniczna z przemianą perlityczną, odprężająca obróbka cieplno-mechaniczna [7 11]. Regulowane walcowanie jest odmianą procesu przeróbki plastycznej stali i stopów charakteryzującą się ściśle określonymi warunkami nagrzewania metalu, ściśle ustalonymi (dla danego składu chemicznego) parametrami temperaturowymi i odkształceniowymi procesu walcowania oraz zadanymi warunkami chłodzenia metalu w różnych stadiach przeróbki plastycznej. Istota tego procesu polega na tym, że walcowanie stali niskostopowej, zawierającej węglikoazotki wanadu i niobu, przeprowadza się ze znacznym gniotem i kończy się w obszarze dwufazowym. Po nagrzaniu do temperatury 1150 C węglikoazotki wanadu przechodzą do roztworu stałego, a ich wydzielanie się przy obniżaniu temperatury (stymulowane przez odkształcenie) powoduje umocnienie stali, natomiast nie przechodzące do roztworu węglikoazotki niobu przeciwdziałają rozrostowi ziarna. W pracy [12] Matrosov wyróżnił następujące stadia w technologii regulowanego walcowania blach: austenityzacja przy temperaturach zapewniających otrzymanie wystarczająco jednorodnej struktury metalu przed walcowaniem. Dla większości stali zawierających Nb, V i Ti temperatura nagrzewania przed walcowaniem wynosi C; odkształcenie wysokotemperaturowe stabilnego austenitu w obszarze szybko przebiegających procesów rekrystalizacji, gdy temperatura odkształcenia jest większa od temperatury rekrystalizacji. Celem odkształcenia wysokotemperaturowego jest otrzymanie możliwie drobnego ziarna austenitu w wyniku zadawanego wielokrotnie gniotu i zachodzącej rekrystalizacji. Dla stali niskostopowej, zawierającej Nb, dynamiczna rekrystalizacja przy temperaturze C zachodzi przy gniocie wynoszącym % (przemysłowe zapewnienie takiego gniotu jest utrudnione). Wstępne walcowania na istniejących walcarkach blach przeprowadza się przy temperaturach w zakresie C z gniotem w jednym przepuście w granicach %; odkształcenie średniotemperaturowe, w dolnej części obszaru austenitycznego, przeprowadzane w celu zwiększenia gęstości defektów struktury krystalicznej metalu oraz uporządkowanego ich rozmieszczenia, co prowadzi do powstawania dużej liczby zarodków ferrytu przy przemianie polimorficznej γ α; odkształcenie austenitu w obszarze przemiany polimorficznej γ α; odkształcenie w obszarze dwufazowym γ+α. Obniżenie temperatury podczas odkształcenia w obszarze γ+α sprzyja umocnieniu stali, gdyż wzrasta przy tym udział ziaren ferrytu umacnianych w wyniku odkształcenia; odkształcenie w obszarze trójfazowym. Walcowanie w tym zakresie jest celowe w przypadku, gdy spośród własności mechanicznych wyrobu najważniejszym jest otrzymanie bardzo dużej wytrzymałości; odkształcenie poniżej punktu A r1. Odkształcenie w tym zakresie jest możliwe w przypadku posiadania urządzeń o dużej mocy i przy niewysokich wymaganiach w odniesieniu do własności plastycznych wyrobu walcowanego;

3 S. 296 Hutnik Wiadomości hutnicze Nr 6 chłodzenie stali po zakończeniu odkształcenia przeprowadza się w powietrzu z szybkością chłodzenia 0,5 1,0 C/s lub w urządzeniach do laminarnego chłodzenia z szybkością około 15 C/s. Regulowane walcowanie w warunkach przemysłowych przeprowadza się dwu- lub trójstadialnie. Pierwsze stadium rozpoczyna się od temperatury 1150 o C i trwa do osiągnięcia temperatury pasma C, gdy występuje szybka rekrystalizacja austenitu i zachodzi całkowicie w przerwach między odkształceniami. W drugim stadium procesu, w zakresie temperatur od 950 C do A r3, proces rekrystalizacji w stalach zwykłych jest utrudniony, natomiast w stalach zawierających Nb praktycznie nie przebiega. Na kinetykę rekrystalizacji w tym zakresie istotny wpływ wywiera temperatura i wielkość odkształcenia. Jeżeli warunki temperaturowo-odkształceniowe są dobrane w sposób prawidłowy, wówczas zmniejszenie ziarna następuje na skutek rekrystalizacji statycznej. Odkształcenie wpływa na powstawanie pasm poślizgu oraz wydzielanie się faz dyspersyjnych. W miarę zwiększania odkształcenia wzrasta liczba pasm poślizgu oraz jednorodność ich rozmieszczania, co sprzyja otrzymaniu w procesie przemiany drobnego ziarna ferrytu. W trzecim stadium, przy temperaturze poniżej A r3, procesom umocnienia dyspersyjnego i rozdrobnienia ziarna towarzyszy wzrost podziarna tekstury, przy czym dwa ostatnie czynniki mają decydujące znaczenie w ulepszaniu własności stali. Nowoczesny proces regulowanego walcowania obejmuje także regulowanie szybkości chłodzenia bezpośrednio po zakończeniu walcowania, co istotnie wpływa na kształtowanie mikrostruktury i własności. Obecnie stosuje się sprawdzone technologie, obejmujące regulowane walcowanie blach arkuszowych i różne odmiany przyspieszonego regulowanego chłodzenia po ostatnim przepuście: DAC (Dynamic Accelerated Cooling), Sumitorno Metals Kashima Steel Works [6], RAC (Ferroididdement Accéléré Controle), Dunkierka [15], OLAC (On-Line Accelerated Cooling), Nippon Kokan-Fukuyama Works [13], MULPIC (Multi-purpose Interrupted Cooling), Dillinger Hüttenwerke, Forges de Clabeq [14], proces bezpośredniego przyspieszonego chłodzenia blach w Hucie Oxelösund [9]. Jednym z niezbędnych zadań przy realizacji wdrożenia jest fizyczna symulacja procesu termomechanicznego walcowania. Rola symulacji fizycznej procesów metalurgicznych w badaniach materiałowych może obecnie być rozważana w dwóch podstawowych kategoriach, jako: badania podstawowe, których celem jest opracowanie charakterystyk materiałowych umożliwiających przeprowadzenie symulacji numerycznej procesów obróbki cieplno-plastycznej; symulacje rzeczywistych procesów przemysłowych, takich jak odlewanie, przeróbka plastyczna oraz obróbka cieplna stopów technicznych. Charakterystyki materiałowe, takie jak na przykład krzywa naprężenia uplastyczniającego lub równania opisujące kinetykę zmian zachodzących w strukturze materiału poddanego przeróbce plastycznej, stosowane są w obliczeniach numerycznych i do projektowania procesów przemysłowych. Prace badawczo-rozwojowe. Celem modernizacji jest opracowanie i wdrożenie w jednej z walcowni blach grubych technologii walcowania normalizującego blach grubych. Technologia ta polegała na walcowaniu pasma według ściśle dobranych parametrów (temperatura, wielkość i prędkość odkształceń w poszczególnych przepustach). Zastosowanie nowej technologii walcowania blach wpłynie na obniżenie kosztów związanych z produkcją blach i pozwoli na rozszerzenie asortymentu wyrobów produkowanych na walcowni. Opracowana technologia zostanie włączona do systemu sterowania procesem walcowania blach. Realizacja wdrożenia obejmuje następujące etapy, schematycznie przedstawione na rysunku 1: opracowanie modeli matematycznych opisujących proces nagrzewania wlewków ciągłych przeznaczonych do walcowania termomechanicznego i normalizującego; opracowanie technologii nagrzewania wlewków z różnych gatunków stali, przeznaczonych do walcowania normalizującego i termomechanicznego, Rys. 1. Schemat blokowy etapów prac badawczo-rozwojowych związanych z inwestycją Fig. 1. The block diagram of the stages of the research and development activities connected to the investment

4 2008 r. Hutnik Wiadomości hutnicze S. 297 wyznaczenie krzywych plastyczności, temperatur przemian fazowych i temperatur zaniku rekrystalizacji oraz wykonanie fizycznej symulacji procesów walcowania normalizującego i termomechanicznego blach dla analizowanych gatunków stali, analizę procesu walcowania blach w klatce wstępnej, wykonanie pomiarów temperatur, sił nacisku, opracowanie modelu projektowania schematu gniotów uwzględniającego pełną rekrystalizację austenitu po ukończonym walcowaniu w klatce wstępnej, określenie parametrów technologicznych walcowania normalizującego blach ze stali kategorii MPa na podstawie fizycznej symulacji procesu, opracowanie procedur technologiczno-informatycznych procesów walcowania normalizującego blach grubych; testowanie i weryfikacja opracowanych procedur w warunkach przemysłowych; optymalizacja technologii walcowania normalizującego blach grubych, wytworzenie partii przemysłowej blach ze stali kategorii MPa z zastosowaniem optymalizowanej technologii walcowania, opracowanie dokumentacji technologicznej walcowania blach grubych ze stali kategorii MPa. Analiza efektywności wdrożenia. Wielkość rynku blach normalizowanych w Polsce w roku 2004 oceniana była na minimum Mg/rok. Rozpoznanie rynków zagranicznych wskazywało na możliwość eksportu tych blach w ilości około Mg/rok. Przedsiębiorstwo było w stanie wyprodukować ton blach w skali roku. Po wdrożeniu inwestycji przewidywano pełną sprzedaż produkowanych blach grubych. W wyniku wymienionych prac badawczo-rozwojowych i wdrożenia technologii walcowania alternatywnego w stosunku do wyżarzania normalizującego oczekiwano następujących efektów ekonomicznych: zmniejszenie kosztów związanych z powtórnym nagrzewaniem blach (media energetyczne); zwiększenie wydajności walcowni na skutek większej przepustowości ciągu technologicznego; zmniejszenie do minimum zapasu międzyoperacyjnego (produkcja w toku); uproszczenie procedur związanych z odbiorem i wysyłką blach; zmniejszenie ilości wad powierzchniowych spowodowanych obróbką w piecu normalizacyjnym; zmniejszenie nakładów na remonty bieżące pieca do wyżarzania normalizującego. Koszt wytwarzania i cenę sprzedaży wyrobów oraz koszt wybraków walcowni szacowano wówczas następująco: średni techniczny koszt wytwarzania: 1431,05 PLN/Mg; uzyskana średnia cena sprzedaży blach konstrukcyjnych normalizowanych: 1508,10 PLN/Mg, koszt normalizacji 1 Mg blachy: 129 PLN/Mg. Zmniejszenie kosztów wybraków oceniono na podstawie danych ilościowych za 2002 rok. W przedsiębiorstwie przeklasyfikowano 2441 Mg blach ze względu na wgnioty, rysy, wżery lub przeklasyfikowania laboratoryjne, co stanowiło 0,424 % całej produkcji. Założono, że dzięki modernizacji zmniejszy się liczba wybraków do około 0,1 %, zatem odzyskane zostanie ok Mg pełnowartościowej blachy. Przyjmując zatem szacunkowe ceny sprzedaży blachy i złomu można uzyskać oszczędności: 1867 Mg (1328,07 350) PLN = 1827 tys. PLN (1) gdzie 350 PLN jest ceną 1 Mg złomu. Ta b e l a 1. Wielkości planowanej produkcji blachy w przedsiębiorstwie Ta b l e 1. The volume of the planed production of the plate in an enterprise Lp. Rok Planowana wielkość produkcji, tys. Mg Zysk brutto, tys. zł Podatek dochodowy, tys. zł ,5 370,5 370,5 370,5 4 Zysk netto, tys. zł ,5 1579,5 1579,5 1579,5 Ta b e l a 2. Efektywność ekonomiczna wdrożenia (tys. zł) Ta b l e 2. The economic efficiency of the application (thousands PLN) Lp. Wyszczególnienie 2005 r r r r r r. 1 Nakłady łączne 990,0 780,0 1125,0 0,0 0,0 0,0 2 Efekty z realizacji przedsięwzięcia Podatek dochodowy ,5 370,5 370,5 370,5 4 Zysk netto 243,0 972,0 2551,5 4131,0 5710,5 7290,0 5 Przepływy pieniężne netto 747,0 51,0 454,5 1579,5 1579,5 1579,5 6 Wskażnik dyskonta przy stopie 11% 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 7 Zaktualizowana wartość przepływów 649,9 38,6 299,1 903,5 785,0 682,3 pieniężnych netto NPV 2 738,72 zł IRR 70 %

5 S. 298 Hutnik Wiadomości hutnicze Nr 6 Zmniejszenie kosztów obróbki cieplnej oszacowano na podstawie danych ilościowych za 11 miesięcy 2004 roku. Wynika z nich, że w okresie tym Mg blach poddano zabiegom normalizowania. Zakładając, że dzięki inwestycji będzie możliwość ograniczenia tego zabiegu o około 80 %, to dzięki temu można uzyskać następujące oszczędności: 80 % Mg 129 PLN = 6 078,48 tys. PLN (2) Z przeprowadzonej analizy wynika, że po zakończeniu modernizacji w walcowni blach grubych można uzyskać oszczędności za zmniejszenie ilości wybraków w kwocie: tys. PLN, za zmniejszenie ilości blach dodatkowo normalizowanych 6 078,48 tys. PLN, co daje łącznie około 7 905,48 tys. PLN w ciągu jednego roku. Ponadto, należy także uwzględnić zyski związane z oszczędnością gazu wykorzystywanego do opalania pieca normalizacyjnego oraz inne zyski związane z rozszerzeniem asortymentu produkowanych wyrobów. Z uwagi na brak szczegółowych danych, nie zostały one uwzględnione w rachunku kosztów i zysków. Z przedstawionej analizy wynika, że wdrożenie walcowania normalizującego (przy produkcji blach w ilości ok. 59 tys. Mg/rok) wpłynie na obniżenie średnich kosztów wytworzenia jednej tony blachy o ok. 129 zł/mg. Założono, że cena blachy po walcowaniu normalizującym będzie porównywalna z ceną blachy surowej i dlatego do dalszych obliczeń efektów ekonomicznych przyjęto, że koszt wytworzenia jednej tony blachy obniży się o około 30 zł/mg. Przyjęto także, że podatek dochodowy wynosi 19 %, a stopa dyskontowa 11 %. Wielkości planowanej produkcji blachy walcowanej na gorąco przyjęto na podstawie biznes planu przedsiębiorstwa i zamieszczono w tabl. 1. Na podstawie analizy efektywności ekonomicznej wdrożenia realizowanego w przedsiębiorstwie (tabl. 2), po uwzględnieniu nakładów poniesionych na badania stosowane, można stwierdzić, że podstawowe wskaźniki efektywności ekonomicznej (NPV zaktualizowana wartość netto i IRR wewnętrzna stopa zwrotu) wskazują na opłacalność przedsięwzięcia, tzn. NPV>0 i IRR jest większy od stopy dyskontowej. Okres zwrotu poniesionych nakładów wyniesie 2 lata i 5 miesięcy. Okres zwrotu nakładów obliczono z zależności: ` O= N/CF śr (3) gdzie O okres zwrotu nakładów, N łączne nakłady inwestycyjne, CF śr średnie przepływy pieniężne netto. Ponadto eliminując obróbkę cieplną w piecu do normalizacji można zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska w wyniku ograniczenia emisji pyłów i gazów. Realizacja modernizacji umożliwi także obniżenie kosztów wytwarzania blach normalizowanych tak, aby uzyskać maksymalną wartość sumarycznego zysku oraz rozszerzyć asortyment produkowanych blach. Związane z tym umocnienie pozycji rynkowej przedsiębiorstwa umożliwi stabilizację zatrudnienia na optymalnym poziomie. Podsumowanie. Technologia opracowana w ramach modernizacji powinna zapewnić produkcję blach stalowych o własnościach odpowiadających blachom po normalizowaniu w kategoriach MPa, której koszty produkcji są takie same, jak blach ze stali nienormalizowanej. Na podstawie wykonanych badań i wdrożenia technologii walcowania alternatywnego w stosunku do procesu z wyżarzaniem normalizującym, przewiduje się uzyskanie efektów ekonomicznych na skutek: zmniejszenia kosztów związanych z powtórnym nagrzewaniem blach (media energetyczne); zwiększenia wydajności WBG poprzez większą przepustowość ciągu technologicznego; zmniejszenia do minimum zapasu międzyoperacyjnego (produkcja w toku); uproszczenia procedury związanej z odbiorem i wysyłką blach; zmniejszenia liczby wad powierzchniowych spowodowanych obróbką w piecu normalizacyjnym; zmniejszenia emisji pyłów i gazów. Przeprowadzona analiza efektywności przedsięwzięcia jednoznacznie wskazuje, że przedsiębiorstwo uzyska bardzo wysokie korzyści zarówno finansowe, jak i ekologiczne, po uruchomieniu zmodernizowanej technologii produkcji blach grubych. L i t e r a t u r a 1. Sellars C. M.: 1990, Modelling Microstructural Development During Hot Rolling, Mat. Sci. Techn., 6, Roberts W., Sandberg A., Siwecki T. and Welefors T.: Prediction of Microstructure Development during Recrystallization Hot Rolling of Ti-V Steel, Proc. Conf. HSLA Steels, Technology and Applications, Philadelphia, ASM, 1983, Laasraoui A. and Jonas J. J.: Prediction of Temperature Distribution, Flow Stress and Microstructure during the Multipass Hot Rolling of Steel Plate and Strip, ISIJ Int., 31, 1991, Choquet P., Fabregue P., Giusti J., Chamont B., Pezant J. N. and Blanchet F.: 1990, Modelling of Forces, Structure and Final Properties during the Hot Rolling Process on the Hot Strip Mill, Proc. Mathematical Modelling of Hot Rolling of Steel, (ed.), S. Yue, Hamilton, Hodgson P. D. and Gibbs R. K.: A Mathematical Model to Predict the Mechanical Properties of Hot Rolled C-Mn and Microalloyed Steels, ISIJ Int. 32, 1992, Yada H.: Prediction of Microstructural Changes and Mechanical Properties in Hot Strip Rolling, Proc. Symp. Accelerated Cooling of Rooled Steel, (eds), Ruddle G.E. and Crawley A.F., Pergamon Press, Winnipeg, 1987, Mccutcheon D. B., McGrath J. T., Godden M. J., Ruddle G. E., Weatherly G. and Houghton D. C.: Improvement of Submerged Arc Weld Heat-Affected Zone Toughness by Titanium Additions to Linepipe Steel,

6 2008 r. Hutnik Wiadomości hutnicze S. 299 Mi Con 82: Optimization of Processing, Properties and Service Performace Through Microstructural Control, ASTM Special Technical Publication 792, Philadelphia Pa, USA, 1983, pp Ouchi C., Okita T. and Yamamoto S.: Effects of Interrupted Accelerated Cooling After Controlled Rollong on the Mechanical Properties of Low Alloy Steels, Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan, Vol. 22, 1982, pp Tsukada K., Matsumoto K., Hirabe K. and Takeshige K.: Application of On-Line Accelerated Cooling (OLAC) to Steel Plate Iron and Steelmaker, Vol. 9, No. 7, July 1982, pp Stewart M. J.: The Effects of Niobium and Vanadium on the Softening of Austenite During Hot Working, The Hot Deformation of Austenite, J. B. Balance, ed., The Metallurgical Society of AIME, New York NY, USA, 1977, pp Yamamoto S., Ouchi C. and Osuka, T. The Effect of Microalloying Elements on the Recovery and Recrystallization in Deformed Austenite, Thermomechanical Processing of Microalloyed Austenite, The Metallurgical Society of AIME, Warrendale PA, USA, 1982, pp Matrosow J. M.: Kontrolirowana Prokatka, Stal. 1987, 7, pp Tsukada K.: Application of OLAC to steel plate 23rd Mechanical working and steel processing conference, Pittsburgh, Wilmotte S.: Plates for pipes manufactured by the MULPIC process. The 3rd international conference on steel rolling ISIJ. Tokyo, Leclerc J. et al.: A new equipment for the accelerated cooling or direct quenching on the rolling line for plates. Installation RAC at Dunkirk. International conference on steel rolling ISIJ, Tokyo, 1980 Dr hab. inż. ANDRZEJ K. LIS, Prof. P.Cz. UKD: /8: Dr hab. inż. JADWIGA LIS, Prof. P.Cz. 194: : :669_4/3: Dr inż. PAWEŁ WIECZOREK Politechnika Częstochowska, Instytut Inżynierii Materiałowej al. Armii Krajowej 19, Częstochowa lis@mim.pcz.czest.pl Struktura i własności mechaniczne niskowęglowej stali C-Mn-V po obróbce cieplno-plastycznej Structure and mechanical properties of C-Mn-V low carbon steel after thermo-mechanical treatment Za pomocą przedstawionych wzorów oszacowano ewolucję struktury austenitycznej w czasie walcowania blach o grubości 12 mm z kontrolowaną rekrystalizacją ze stali niskowęglowej z mikrododatkiem wanadu i podwyższoną zawartością azotu (16 MnV6). Dokonano oceny rekrystalizacji między przepustami oraz wielkości ziarna po walcowaniu z przyspieszonym chłodzeniem. Otrzymano drobnoziarnistą strukturę ferrytyczno-perlityczną, która rekompensuje niekorzystny wpływ umocnienia wydzieleniowego na temperaturę przejściowej kruchości w badanej stali. Pozwoliło to na uzyskanie wysokiej wytrzymałości R e min =540 MPa, Rm 675 MPa i dobrej ciągliwości A 5 =23 %, w blachach ze stali 16 MnV6. Using equations presented in the paper the evolution of the austenitic structure during recrystallization rolling 12 mm plates made from low-carbon steel with microaddition of V and increased nitrogen content (16MnV6) was estimated. Recrystallization between passes and grain size after rolling with accelerated cooling was evaluated. Fine grained ferrite-pearlite structure was obtained which compensate detrimental effect of precipitation strengthening on impact transision temperature in the tested steel. This allowed to obtain high strength R e min =540 MPa, Rm 675 MPa and advantageous elongation A 5 =23 % for 16 MnV6 steel plates. Słowa kluczowe: stal niskowęglowa, walcowanie z kontrolowaną rekrystalizacją, umocnienie wydzieleniowe, udarność Key words: low carbon steel, recrystallization rolling, precipitation strengthening, impact strength Wprowadzenie. Celem współczesnych technologii przeróbki plastycznej jest otrzymywanie w procesie wytwarzania zaplanowanych struktur z odpowiednią dyspersją składników strukturalnych oraz odpowiadających im własności mechanicznych. Zagadnienia zmian strukturalnych zachodzących w trakcie kontrolowanego, jak i konwencjonalnego walcowania, są przedmiotem wielu badań [1 7]. Dotyczą one: wpływu warunków odkształcenia na kinetykę procesów aktywowanych cieplnie, dzięki którym usuwane jest umocnienie odkształceniowe, określanie wielkości ziarna austenitu i jego zmian w czasie rozrostu po zakończeniu rekrystalizacji statycznej, przewidywania wielkości ziarna ferrytu po przemianie γ α,