blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-7-522-526blackmet-1123Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И ДЕФОРМАЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВ ИЗ СТАЛИ ДЛЯ СВАРНЫХ ТРУБ. СООБЩЕНИЕ 2CONTINUOUS CASTING AND DEFORMATION INSTALLATION FOR THE PRODUCTION OF STEEL PLATES FOR WELDED PIPES. REPORT 2ЛеховО. С.LekhovO. S.

д.т.н., профессор кафедры автомобилей и подъемно-транспортных машин

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Cars and Industrial Machines

MXLehov38@yandex.ruМихалевА. В.MikhalevA. V.

старший преподаватель кафедры металлургии, сварочного производства и методики промышленного обучения

Senior Lecturer of the Chair of Metallurgy, Welding Production and Methods of Vocational Training

MXLehov38@yandex.ruРоссийский государственный профессионально-педагогический университетРоссияRussian State Professional Pedagogical UniversityRussian Federation201719082017607522526Copyright © Лехов О.С., Михалев А.В., 20172017Лехов О.С., Михалев А.В.Lekhov O.S., Mikhalev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1123

Рассмотрены технологические возможности совмещенного процесса и установки непрерывного литья и деформации с позиции получения высоких механических свойств и мелкозернистой структуры листов из стали для сварных труб. Изложена постановка задачи напряженно-деформированного состояния металла при обжатии стенками-бойками сборного кристаллизатора установки затвердевшего металла с учетом усилия вытягивания оболочки с жидкой фазой из неразъемного кристаллизатора установки. Приведены параметры очага циклической деформации при получении листов из тонкого сляба, исходные данные для расчета и граничные условия задачи. Представлена расчетная схема для определения напряженно-деформированного состояния металла в очаге циклической деформации. Результаты получены решением задачи механики сплошной среды методом конечных элементов: использована плоская постановка контактной задачи упруго-пластичности при наличии больших деформаций и перемещений. Для решения задачи использован программный комплекс ANSYS. Результаты расчета представлены в виде эпюр напряжений по оси симметрии полосы и на части линии контакта очага деформации со стенкой-бойком. Приведены закономерности распределения касательных напряжений на контактной поверхности очага циклической деформации. Проведена оценка течения затвердевшего металла на границе с жидкой фазой в процессе обжатия стенками-бойками затвердевшего металла с учетом усилия вытягивания оболочки с жидкой фазой из неразъемного кристаллизатора. Изложена оценка схемы напряженного состояния металла в очаге циклической деформации при обжатии тонкого сляба с высокой степенью деформации с позиции улучшения качества листов из стали для сварных труб. Приведены основные параметры установки непрерывного литья и деформации для получения листов из стали для сварных труб.

Technological feasibility of combined process and installation of continuous casting and deformation to obtain high mechanical properties and fine-grained structure of steel sheets for weld pipes are considered. The problem of metal stress-strain state under solidified metal cobbing by the die walls of assembly mold is stated taking into account a force of the liquid phase pulling from the permanent crystallizer of installation. Parameters of cyclic deformation focus for thin slab sheets production, initial data for design and boundary conditions of the problem are given. A design scheme for determining stress-strain state of metal in circular deformation focusis presented. Results are obtained by solving the problem of continuum mechanics by finite element method: flat statement of contact problem of elastic-plasticity was used in conditions of large deformations and displacements.ANSYS software was used to solve the problem. The calculation results are presented in form of stress diagrams along the strip symmetry axis and on part of contact line of deformation focus with the die wall. Regularities of distribution of tangential stresses on contact surface of circular deformation focus are presented. Evaluation of solidified metal flow on the boundary with liquid phase during solidified metal cobbing by die walls is provided taking into account a force of liquid phase pulling from permanent crystallizer. The estimation of stress state scheme of metal in circular deformation focus during thin slab cobbing with a high degree of deformation is described in order to improve quality of steel sheets for weld pipes production. The main parameters of continuous casting and deformation plant for weld pipes steel sheets production are given.

напряжениеочаг деформацииустановкапараметрыперемещениеусилиеtensiondeformation focusinstallationparametersdisplacementforceReferencesЛехов О.С., Михалев А.В. Исследование установки непрерыв-ного литья и деформации для производства листов из стали для сварных труб. Сообщение 1 // Изв. вуз. Черная металлургия. № 6. 2017. С. 430 – 435.Lekhov O.S., Mikhalev A.V. Continuous casting and deformation  installation for the production of steel plates for welded pipes. Report 1. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017, no. 6, pp. 430–435. (In Russ.).Вюнненберг К. Производство непрерывнолитых заготовок отвечающих высшим требованиям качества // Труды шестого международного конгресса железа и стали. 1990. Т. 3. С. 364 – 376.Vyunnenberg K. Production of continuously cast ingots of the highest quality. In: Trudy shestogo mezhdunarodnogo kongressa zheleza i stali [Proceedings of the 6th Congress of Iron and Steel]. 1990,  vol.  3, pp. 364–376. (In Russ.).Кох Г., Копп Р. Прогресс в области деформаций с большими обжатиями // Черные металлы. 1979. № 21. С. 3 – 11.Kokh G., Kopp R. Development of metal forming techniques. Advances in deformation with heavy reduction. Stahl und Eisen. 1979,  vol. 99, no. 21, pp. 1139–1148. Эренберг Х.-Ю. Литье и обжатие с разливки тонких слябов на заводе фирмы «Маннесман реренверке АГ». – В кн.: Металлургическое производство и технология металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1990. С. 46 – 56.Erenberg  Kh.-Yu.  Casting  and  casting  reduction  of  thin  slabs  at  “Mannesmannröhren-Werke  AG”  plant.  In:  Metallurgicheskoe proizvodstvo i tekhnologiya metallurgicheskikh protsessov.  Mos-cow: Metallurgiya, 1990, pp. 46–56. (In Russ.).Лехов О.С., Турлаев В.В., Лисин И.В. Установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Теория и расчет. – Екатеринбург: изд. УРФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2014. – 112 с.Lekhov  O.S.,  Turlaev  V.V.,  Lisin  I.V.  Ustanovka sovmeshchennogo protsessa nepreryvnogo lit’ya i deformatsii. Teoriya i raschet [Installation for the integrated process of continuous casting and deformation.  Theory and calculations]. Ekaterinburg: URFU, 2014, 112  p. (In Russ.).Лехов О.С., Гузанов Б.Н., Лисин И.В., Билалов Д.Х. Исследование совмещенного процесса непрерывной разливки и цикличе-ской деформации для получения листов из стали // Сталь. 2016. № 1. С. 59 – 62.Lekhov O.S., Guzanov B.N., Lisin I.V., Bilalov D.Kh. Study of the  integrated process of continuous casting and cyclic deformation for  steel plate production. Stal’. 2016, no. 1, p. 52. (In Russ.).Ямада К., Ватана-ве Т., Абе К., Функда Т. Непрерывная разливка заготовок малого сечения // Черные металлы. 1981. № 10. С. 18 – 23.Yamada K., Vatana-ve T., Abe K., Funkda T. Continuous casting of  ingots of small section. Chernye metally. 1981, no. 10, pp. 18–23.  (In Russ.).Эфрон Л.И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. – М.: Металлургиздат, 2012. – 696 с.Efron  L.I.  Metallovedenie v “bol’shoi” metallurgii. Trubnye stali [Metal science in “heavy” metallurgy. Pipe steels]. Moscow: Metal-lurgizdat, 2012, 696 p. (In Russ.).Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. – М.: Мир, 1979. – 393 с.Segerlind Larry J. Applied finite element analysis. New York etc.,  1976. (Russ.ed.: Segerlind L. Primenenie metoda konechnykh elementov . Moscow: Mir, 1979, 393 p.).Норри Д., Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов. – М.: Мир, 1981. – 304 с.Norrie D. H., de Vries G. An introduction to finite element analysis.  Academic Press, New York, 1978. (Russ.ed.: Norrie D., de Vries  G.  Vvedenie v metod konechnykh elementov. Moscow: Mir, 1981, 304  p.)Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. – М.: Мир, 1984. – 432 с.Gallagher R.H. Finite Element Analysis: Fundamentals. Prentice-Hall,  New  Jersey,  1975,  420  p.  (Russ.ed.:  Gallagher  R.  Metod konechnykh elementov. Osnovy. Moscow: Mir, 1984.).Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. – М.: Мир, 1986. – 318 с.Zienkiewicz O.C., Morgan K. Finite Elements and Approximation.  New York: Wiley, 1983, 328 p. (Russ.ed.:  Zienkiewicz O.C., Morgan K. Konechnye elementy i approksimatsiya. Moscow: Mir, 1986,  318 p.).ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 12.0. http//www.cadfern.ru.ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 12.0. http//www.cadfern.ru. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. – М.: Машгиз, 1962. – 220 с.Kragel’skii I.V., Vinogradova I.E. Koeffitsienty treniya [Friction coefficients]. Moscow: Mashgiz, 1962, 220 p. (In Russ.).Хойяс Г., Хайн О. Конструкции и применение ковочно-прокат-ных агрегатов // Черные металлы. 1980. № 25-26. С. 15 – 21.Khoiyas G., Khain O. Forging and rolling plant design and application. Chernye metally. 1980, no. 25-26, pp. 15–21. (In Russ.).Еберле А., Воллнер Г., Габел Д. и др Непрерывная разливка и прокатка тонких слябов // Сталь и железо. 1990. № 1. С. 81 – 88.Eberle A., Vollner G., Gabel D. etc. Continuous casting and rolling  of thin slabs. Stal’ i zhelezo. 1990, no. 1, pp. 81–88. (In Russ.).Печке Ю., Ноймнетц Д. Способы непрерывного литья, совмещенного с прокаткой // Черные металлы. 1981. № 22. С. 9 – 13.Pechke Yu, Noimnetts D. Methods of continuous casting integrated  with rolling. Chernye metally. 1981, no. 22, pp. 9–13. (In Russ.).Вюнненберг К., Якоби Х. Внутренняя структура непрерывно-литых заготовок // Черные металлы. 1981. № 14. С. 30 – 39.Vyunnenberg K., Yakobi Kh. Inner structure of the continuous cast  ingots. Chernye metally. 1981, no. 14, pp. 30–39. (In Russ.).Хензель А., Шпиттель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением: Справ. изд.; пер. с нем. – М.: Металлургия, 1982. – 360 с.Hensel Arno, Spittel Thilo. Kraft- und Arbeitsbedarf bildsamer For-mgebungsverfahren. Leirzig: Verlag, 1978. (Russ.ed.: Hensel  A., Spit-tel T. Raschet energosilovykh parametrov pri protsessakh obrabotki metallov davleniem: Sprav. Moscow: Metallurgiya, 1982, 360 p.).Мазур Д.Д., Хижняк В.Л. Сопротивление деформации низколегированных сталей // Сталь. 1991. № 8. С. 41 – 43.Mazur  D.D.,  Khizhnyak  V.L.  Resistance  to  deformation  of  low-alloyed steels. Stal’. 1991, no. 8, pp. 41–43. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.