Modelli di previsione delle caratteristiche qualitative di prodotti laminati in acciaio tramite definizione dei parametri termomeccanici di lavorazione

The objective of this research project was the setting up of a numerical model able to predict the microstructure which, taking into account the rolling schedule and cooling, will be able to provide the mechanical and microstructural characteristics after rolling. The model was developed starting from the theoretical knowledge proposed by many researchers who have dealt with these issues, and the experience gained in the design of rolling systems. In order to allow the maximum working flexibility to the final user, the PROMET system requires to fill in the thermomechanical conditions for rod rolling (preheating temperature, pass reduction, rolling temperatures, interpass time, strain rate and cooling profile); a database of more than 150 steel types was developed, containing CCT curves and the mechanical properties relative to the cooling rates. The tool provides the CCT curves, suitably modified to take into account the microstructure of the rolled, superimposed with the cooling trajectory set up by the operator, as well as mechanical and microstructural data of interest for that particular class of steels. The PROMET system was validated by direct comparison with the properties of rod rolled products under controlled conditions, obtaining an excellent prediction capability. The objective of the present research project, which is described herein, was the setting up of a method of predicting the microstructure which, taking into account the conditions of rolling and cooling, would be able to anticipate the main mechanical and microstructural characteristics of the final product. The powerful tool developed during the research, the prediction model PROMET, was particularly effective in estimating the effect of rolling parameters on the properties of rolled products. The model takes into account the complex kinetics of microstructural evolution taking place at various rolling stages, in order to provide an estimation of the austenitic grain size exiting the rolling mill. If the chemical composition plays a vital role in determining the shape of the CCT cooling curves, the size of the austenitic grain causes a shift of these curves that can have substantial effects the final microstructure. Considering all these factors and the cooling parameters imposed on the product, it is possible to estimate mechanical properties that in the most part differ by less than 10% from the experimental values. On this basis, we conclude that the model is sufficiently reliable to be used successfully in the design of rolling cycles of steel and allows optimising the rolling parameters in order to enhance or reduce some properties based on the customer request.

La laminazione a caldo degli acciai non determina solo un cambiamento di forma del materiale lavorato, ma ne modifica sostanzialmente anche la microstruttura da cui dipendono le proprietà finali del prodotto. La temperatura, la velocità di deformazione e il raffreddamento successivo alla laminazione possono determinare caratteristiche tecnologiche tali da poter eliminare, in alcuni prodotti, successivi costosi trattamenti termici. Alla fine della laminazione il pezzo lavorato ha una temperatura ancora molto alta, che dipende sia dall'impianto che dai parametri di laminazione adottati. Le moderne tecnologie prevedono un controllo costante della temperatura nelle varie fasi del processo, incluso il raffreddamento finale dopo l'ultima gabbia in presa, e dell'evoluzione del grano austenitico. Le fasi più interessanti del processo sono: a. laminazione a temperatura controllata nel treno sbozzatore e intermedio; b. raffreddamento ad acqua a monte e a valle delle gabbie di finitura; c. raffreddamento controllato su linee di evacuazione. L’obiettivo di questo lavoro di ricerca è la messa a punto di un metodo di previsione della microstruttura che, tenendo conto delle condizioni di laminazione e raffreddamento, fosse in grado di anticipare le principali caratteristiche meccaniche e microstrutturali del prodotto finale. Il modello è stato sviluppato partendo dalle conoscenze teoriche sviluppate dai molti ricercatori che si sono occupati di queste problematiche. Al fine di consentire la maggiore flessibilità operativa all’utilizzatore, il modello prevede che debbano essere fornite le condizioni operative di laminazione. Il modello, chiamato da noi PROMET, dispone di un database di oltre 150 acciai, contenente le curve CCT e le proprietà meccaniche in relazione alla velocità di raffreddamento, calcolati in condizione standard. Il modello è stato validato sperimentalmente mediante l’analisi delle proprietà meccaniche di acciai laminati su impianti industriali. Lo strumento messo a punto nel corso della ricerca, il modello di previsione PROMET, si è rivelato particolarmente efficace nello stimare l’effetto dei parametri di laminazione sulle proprietà dei prodotti laminati. Il modello tiene conto delle complesse cinetiche di evoluzione microstrutturale che hanno luogo nelle varie fasi della laminazione, al fine di fornire una stima della dimensione del grano austenitico all’uscita del treno di finitura. Se la composizione chimica gioca un ruolo fondamentale nel determinare la forma delle curve di raffreddamento CCT, la dimensione del grano austenitico causa uno spostamento di tali curve che può avere sostanziali effetti sulla microstruttura e le relative proprietà meccaniche finali del laminato. Tenendo opportunamente in considerazione tutti questi fattori, e dei parametri di raffreddamento imposti al laminato, si arriva ad ottenere stime delle proprietà meccaniche che nella maggior parte differiscono meno del 10% dai valori sperimentali. Su queste basi, è possibile concludere che il modello è molto affidabile da poter essere utilizzato con successo nella progettazione di cicli di laminazione.