blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-12-1005-1007blackmet-1215Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT REPORTSО МЕХАНИЗМЕ УСКОРЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ТЕРМОУПРОЧНЕНИИ ПРОКАТАON ACCELERATED COOLING MECHANISMS IN THERMAL HARDENING OF ROLLED METALСарычевВ. Д.SarychevV. D.

к.т.н., доцент кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля 

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Science named after V.M. Finkel

sarychev_vd@mail.ruНевскийС. А.NevskiiS. A.

к.т.н., доцент кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля 

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Science named after V.M. Finkel

nevskiy.sergei@yandex.ruИльященкоА. В.Il’yashchenkoA. V.

студент

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Student

alexshool@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial University, NovokuznetskRussian Federation201728122017601210051007Copyright © Сарычев В.Д., Невский С.А., Ильященко А.В., 20172017Сарычев В.Д., Невский С.А., Ильященко А.В.Sarychev V.D., Nevskii S.A., Il’yashchenko 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/1215

Предложен механизм, объясняющий высокое значение коэффициента теплопередачи при ускоренном охлаждении проката. При скоростях больше критической возникает неустойчивость Кельвина–Гельмгольца в нанодиапазоне, что приводит к формированию нанокапель. Охлаждение ведется с помощью нанокапель, движущихся через такую паровую пленку. Это позволяет при моделировании структурно-фазовых превращений использовать коэффициент теплопередачи, рассчитанный по формуле, в которой учитывается теплопроводность воды. Вторая роль нанокапель состоит в генерации теплового удара, за счет которого формируются мощные термоупругие волны. Роль упругих волн заключается в повышении ударной вязкости, так как возникшие на первой стадии охлаждения трещины в последующих секциях при взаимодействии упругой волны со свободными берегами трещин захлопываются. 

A mechanism is proposed that explains high value of heat transfer coefficient for accelerated cooling of rolled products. At velocities greater than the critical value, the Kelvin-Helmholtz instability arises in nanoscale, which leads to formation of nanodroplets. Cooling is carried out with the help of nanotubes moving through such a vapor film. This allows using the coefficient of heat transfer calculated by the formula in which thermal conductivity of water is taken into account when modeling structural-phase transformations. The second role of nanodrops is to generate a thermal shock, due to which powerful thermoelastic waves are formed. The  role of elastic waves is to increase the toughness, since the cracks that appear in the first cooling stage in subsequent sections when the elastic wave interacts with the free shores of the cracks, collapse.

ускоренное охлаждение прокатакоэффициент теплопередачинеустойчивость Кельвина–Гельмгольцананокаплитепловой ударaccelerated cooling of rolled productsheat transfer coefficientKelvin-Helmholtz instabilitynanodropsthermal shockРабота выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ № 16-48-420530.The work was performed with the partial financial support of the RFBR grant no. 16-48-420530.ReferencesЮрьев А.Б. Упрочнение строительной арматуры и прокатных валков. – Новосибирск: Наука, 2006. – 227 с.Yur’ev A.B. Uprochnenie stroitel’noi armatury i prokatnykh valkov [Strengthening of building fittings and rolling rolls]. Novosibirsk: Nauka, 2006, 227 p. (In Russ.).Liska S., Wozniak J. Model vyvoje structury a mechanich vlastnosti oceli pri valcovani za tepla // Kovove materialy (Bratislava) 1982. Vol. 20. No. 5. S. 562 – 572.Liska S., Wozniak J. Model vyvoje structury a mechanich vlastnosti oceli pri valcovani za tepla. Kovove materialy (Bratislava). 1982, vol. 20, no. 5, pp. 562–572.Рудской А.И., Колбасников Н.Г. Управление структурой и свойствами сталей при горячей деформации // Заготовительное производство в машиностроении. 2012. № 10. С. 22 – 30.Rudskoi A.I., Kolbasnikov N.G. Controlling the structure and properties of steels during hot deformation. Zagotovitel’noe proizvodstvo v mashinostroenii. 2012, no. 10, pp. 22–30. (In Russ.).Платов С.И., Ярославцев А.В., Тумбасов К.С., Ярославцева К.К. Повышение качества горячекатаного сортового арматурного проката из низко- и среднеуглеродистых марок стали за счет выбора оптимальных термомеханических режимов обработки // Производство проката. 2016. № 10. С. 21 – 25.Platov S.I., Yaroslavtsev A.V., Tumbasov K.S. Improvement of the quality of hot-rolled bars made of low- and medium-carbon steel grades through the selection of optimal thermomechanical processing modes. Proizvodstvo prokata. 2016, no. 10, pp. 21–25. (In Russ.).Ноговицын А.В., Богачева А.В., Евсюков Н.Ф., Лошкарев Д.В. Прогнозирование процессов структурообразования при охлаждении металлопроката с применением математической модели // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1999. № 5. С. 75 – 78.Nogovitsyn A.V., Bogacheva A.V., Evsyukov N.F., Loshkarev D.V. Prediction of processes of structure formation during cooling of rolled metal with the use of mathematical model. Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyshlennost’. 1999, no. 5, pp. 75–78. (In Russ.).Сарычев В.Д., Громов В.Е., Грановский А.Ю., Шляпников С.С., Ильященко А.В. Математическая модель расчета температурных полей при прерывистом охлаждении проката // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2016. № 3. С. 339 – 342.Sarychev V.D., Gromov V.E., Granovskii A.Yu., Shlyapnikov  S.S., Il’yashchenko A.V. Mathematical model of calculation of temperature fields at intermittent cooling of rolled products. Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedeniya. 2016, no. 3, pp. 339–342. (In Russ.).Кухлинг Х. Справочник по физике. – М.: Мир, 1985. – 520 с.Kuchling Horst. Physik. Leipzig, 1980. (Russ.ed.: Kuchling H. Spravochnik po fizike. Moscow: Mir, 1985, 520 p.).Большаков В.И. История развития термического упрочнения проката. – Днепропетровск: ПГАСА, 2012. – 388 с.Bol’shakov V.I. Istoriya razvitiya termicheskogo uprochneniya prokata [History of development of thermal hardening of rolled metal]. Dnepropetrovsk: PGASA, 2012, 388 p. (In Russ.).Sarychev V.D., Nevskii S.A., Sarycheva E.V., Konovalov S.V., Gromov V.E. Viscous flow analysis of the Kelvin–Helmholtz instability for short waves // AIP Conference Proceedings. 2016. Vol. 1783. P. 020198.Sarychev V.D., Nevskii S.A., Sarycheva E.V., Konovalov S.V., Gromov V.E. Viscous flow analysis of the Kelvin–Helmholtz instability for short waves. AIP Conference Proceedings. 2016, vol. 1783, pp.  020198.Сарычев В.Д., Волошина М.С., Громов В.Е. Математическая модель генерации термоупругих волн при воздействии концентрированных потоков энергии на материалы // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011. Т. 8. №. 4. С. 71 – 76.Sarychev V.D., Voloshina M.S., Gromov V.E. Mathematical model of generation of thermoelastic waves under the influence of concentrated energy fluxes on materials. Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedeniya. 2011, vol. 8, no. 4, pp. 71–77. (In Russ.).Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. – М.: Металлургия, 1977. – 360 с.Finkel’V.M. Fizicheskie osnovy tormozheniya razrusheniya [Physical basis of deceleration of fracture]. Moscow: Metallurgiya, 1977, 360 p. (In Russ.).Фомин И.М. Залечивание трещин волнами напряжений в щелочно-галоидных кристаллах: Авторефер. дис. … канд. физ.- мат. наук. – Ростов-на-Дону, 1984. – 20 с.Fomin I.M. Zalechivanie treshchin volnami napryazhenii v shchelochno-galoidnykh kristallakh: Avtorefer. dis. … kand. fiz.-mat. Nauk [Healing of cracks by stress waves in alkali-halide crystals: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Rostov-on-Don, 1984, 20  p. (In Russ.).Юрьев А.Б. Упрочнение строительной арматуры и прокатных валков. – Новосибирск: Наука, 2006. – 227 с.Юрьев А.Б. Упрочнение строительной арматуры и прокатных валков. – Новосибирск: Наука, 2006. – 227 с.Liska S., Wozniak J. Model vyvoje structury a mechanich vlastnosti oceli pri valcovani za tepla // Kovove materialy (Bratislava) 1982. Vol. 20. No. 5. S. 562 – 572.Liska S., Wozniak J. Model vyvoje structury a mechanich vlastnosti oceli pri valcovani za tepla // Kovove materialy (Bratislava) 1982. Vol. 20. No. 5. S. 562 – 572.Рудской А.И., Колбасников Н.Г. Управление структурой и свойствами сталей при горячей деформации // Заготовительное производство в машиностроении. 2012. № 10. С. 22 – 30.Рудской А.И., Колбасников Н.Г. Управление структурой и свойствами сталей при горячей деформации // Заготовительное производство в машиностроении. 2012. № 10. С. 22 – 30.Платов С.И., Ярославцев А.В., Тумбасов К.С., Ярославцева К.К. Повышение качества горячекатаного сортового арматурного проката из низко- и среднеуглеродистых марок стали за счет выбора оптимальных термомеханических режимов обработки // Производство проката. 2016. № 10. С. 21 – 25.Платов С.И., Ярославцев А.В., Тумбасов К.С., Ярославцева К.К. Повышение качества горячекатаного сортового арматурного проката из низко- и среднеуглеродистых марок стали за счет выбора оптимальных термомеханических режимов обработки // Производство проката. 2016. № 10. С. 21 – 25.Ноговицын А.В., Богачева А.В., Евсюков Н.Ф., Лошкарев Д.В. Прогнозирование процессов структурообразования при охлаждении металлопроката с применением математической модели // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1999. № 5. С. 75 – 78.Ноговицын А.В., Богачева А.В., Евсюков Н.Ф., Лошкарев Д.В. Прогнозирование процессов структурообразования при охлаждении металлопроката с применением математической модели // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1999. № 5. С. 75 – 78.Сарычев В.Д., Громов В.Е., Грановский А.Ю., Шляпников С.С., Ильященко А.В. Математическая модель расчета температурных полей при прерывистом охлаждении проката // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2016. № 3. С. 339 – 342.Сарычев В.Д., Громов В.Е., Грановский А.Ю., Шляпников С.С., Ильященко А.В. Математическая модель расчета температурных полей при прерывистом охлаждении проката // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2016. № 3. С. 339 – 342.Кухлинг Х. Справочник по физике. – М.: Мир, 1985. – 520 с.Кухлинг Х. Справочник по физике. – М.: Мир, 1985. – 520 с.Большаков В.И. История развития термического упрочнения проката. – Днепропетровск: ПГАСА, 2012. – 388 с.Большаков В.И. История развития термического упрочнения проката. – Днепропетровск: ПГАСА, 2012. – 388 с.Sarychev V.D., Nevskii S.A., Sarycheva E.V., Konovalov S.V., Gromov V.E. Viscous flow analysis of the Kelvin–Helmholtz instability for short waves // AIP Conference Proceedings. 2016. Vol. 1783. P. 020198.Sarychev V.D., Nevskii S.A., Sarycheva E.V., Konovalov S.V., Gromov V.E. Viscous flow analysis of the Kelvin–Helmholtz instability for short waves // AIP Conference Proceedings. 2016. Vol. 1783. P. 020198.Сарычев В.Д., Волошина М.С., Громов В.Е. Математическая модель генерации термоупругих волн при воздействии концентрированных потоков энергии на материалы // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011. Т. 8. №. 4. С. 71 – 76.Сарычев В.Д., Волошина М.С., Громов В.Е. Математическая модель генерации термоупругих волн при воздействии концентрированных потоков энергии на материалы // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011. Т. 8. №. 4. С. 71 – 76.Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. – М.: Металлургия, 1977. – 360 с.Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. – М.: Металлургия, 1977. – 360 с.Фомин И.М. Залечивание трещин волнами напряжений в щелочно-галоидных кристаллах: Авторефер. дис. … канд. физ.- мат. наук. – Ростов-на-Дону, 1984. – 20 с.Фомин И.М. Залечивание трещин волнами напряжений в щелочно-галоидных кристаллах: Авторефер. дис. … канд. физ.- мат. наук. – Ростов-на-Дону, 1984. – 20 с.

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