<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">blackmet</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Izvestiya. Ferrous Metallurgy</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">0368-0797</issn><issn pub-type="epub">2410-2091</issn><publisher><publisher-name>National University of Science and Technology "MISIS"</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17073/0368-0797-2020-10-808-814</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">blackmet-1995</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>METALLURGICAL TECHNOLOGIES</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Моделирование напряжений при правке горячекатаных полос в условиях циклической знакопеременной деформации</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Modeling the stress state of steel strip at roller levelling machine under cyclic alternating deformations</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Котов</surname><given-names>К. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kotov</surname><given-names>K. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>менеджер по моделированию дирекции по техническому развитию и качеству</p><p>162608, Россия, Вологодская обл., Череповец, ул. Мира, 30</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Modeling Manager, Directorate of Technical Development and Quality</p><p>Vologda Region</p></bio><email xlink:type="simple">ka.kotov@severstal.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Болобанова</surname><given-names>Н. Н.Л.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Bolobanova</surname><given-names>N. L.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>к.т.н., доцент кафедры металлургии, машиностроения и технологического оборудования</p><p>162600, Россия, Вологодская обл., Череповец, пр. Луначарского, 5</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Cherepovets State University, Cherepovets</p><p>Vologda Region</p></bio><email xlink:type="simple">nlbolobanova@chsu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Нуштаев</surname><given-names>Д.В. Д.В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Nushtaev</surname><given-names>D. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>к.т.н., менеджер по моделированию дирекции по техническому развитию и качеству</p><p>162608, Россия, Вологодская обл., Череповец, ул. Мира, 30</p><p> </p></bio><bio xml:lang="en"><p>Cand. Sci. (Eng.), Modeling Manager, Directorate of Technical Development and Quality</p><p>Vologda Region</p></bio><email xlink:type="simple">dv.nushtaev@severstal.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-3"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>АО «Северсталь Менеджмент»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>JSC Severstal Management, Cherepovets</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Череповецкий государственный университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Metallurgy, Mechanical Engineering and Technological Equipment”</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-3"><aff xml:lang="ru"><institution>АО «Северсталь Менеджмент»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>JSC Severstal Management</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2020</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>10</day><month>12</month><year>2020</year></pub-date><volume>63</volume><issue>10</issue><fpage>808</fpage><lpage>814</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Котов К.А., Болобанова Н.Н., Нуштаев Д.Д., 2020</copyright-statement><copyright-year>2020</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Котов К.А., Болобанова Н.Н., Нуштаев Д.Д.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Kotov K.A., Bolobanova N.L., Nushtaev D.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1995">https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1995</self-uri><abstract><p>Основной завершающей стадией производства горячекатаного проката является правка на роликовых правильных машинах (РПМ) в условиях циклической знакопеременной деформации. Из-за высвобождения остаточных напряжений, неравномерно распределенных по объему металла, при резке листа с применением высокотехнологичных методов он может искривляться. Подавляющее большинство моделей расчета процесса правки в условиях циклической знакопеременной деформации не обеспечивает адекватной оценки и прогнозирования остаточных напряжений в тонком стальном листе. В работе обоснована актуальность дальнейшего развития описания напряженного состояния полосы при правке на основе применения вычислительной среды конечно-элементного анализа SIMULIA Abaqus. Описана реализация модели процесса правки горячекатаной полосы на РПМ. Установлена адекватность получаемых в результате моделирования значений усилий правки стальных полос экспериментальным данным. Экспериментально подтверждена сходимость результатов моделирования с данными измерений неплоскостности полосок, получаемых после раскроя листов плазмой. Определено, что после правки на верхней поверхности листа остаются растягивающие продольные остаточные напряжения, на нижней – сжимающие, в середине по толщине они равны нулю, а в остальных частях сечения значения напряжений противоположны по знаку. Установлено, что одинаковые параметры процесса правки полос разных категорий прочности приводят к различным отклонениям напряжений по толщине. Рост предела текучести полосы приводит к увеличению отклонений напряжений по толщине полосы. Метод моделирования процесса правки предлагается использовать для исследования напряженно-деформированного состояния горячекатаного проката и проектирования усовершенствованных режимов правки полос с обеспечением минимальных отклонений листов после их высокотехнологичной обработки.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The final stage in the production of hot rolled steel is leveling on roller levellers under cyclic alternating deformation. When laser is cutting a sheet it may bend due to the release of residual stresses that are unevenly distributed over the volume. The majority of roller leveller models for calculating the process under cyclic alternating deformation does not provide an adequate assessment and prediction of residual stresses in a steel sheet. On the basis of finite element analysis, formation of residual stresses owing to roller levelling of hot rolled strip is disclosed. The implementation of a model of the levelling process was performed in SIMULIA Abaqus. Models are verificated by comparing forces under the rollers. We have experimentally confirmed the convergence of the simulation results with the measurements of the strip flatness obtained after sheets plasma cutting. It was found that after levelling, tensile longitudinal residual stresses remain on the upper surface of the sheet, compressive ones remain on the lower surface, stresses are zero in the middle in thickness, and the stress values are opposite in sign in the remaining parts of the section. It was established that the same parameters of the levelling process of different strength categories lead to different deviations of stresses. An increase in yield strength of the strip leads to an increase in the deviation of residual stresses along the strip thickness. The proposed method of simulation of roller levelling process should be used to study the stress-strain state of hot-rolled steel and to design improved strip levelling setting modes with minimal residual stress deviations.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>горячекатаная полоса</kwd><kwd>напряжения</kwd><kwd>роликовая правильная машина</kwd><kwd>циклическая знакопеременная деформация</kwd><kwd>моделирование</kwd><kwd>метод конечных элементов</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>hot rolled strip</kwd><kwd>stresses</kwd><kwd>roller levelling machine</kwd><kwd>cyclic alternating deformation</kwd><kwd>modeling</kwd><kwd>finite element method</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гарбер Э.А., Болобанова Н.Л., Трусов К.А. Применение метода конечных элементов для выявления причин потери плоскостности горячекатаных стальных листов в процессе их лазерной резки // Металлы. 2018. № 1. С. 103 – 108.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Garber E.A., Bolobanova N.L., Trusov K.A. Application of the finite element method to reveal the causes of loss of planeness of hotrolled steel sheets during laser cutting. Russian Metallurgy (Metally). 2018, vol. 2018, no. 1, pp. 103–108.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Целиков А.И., Полухин П.И., Гребеник В.М. Машины и агрегаты металлургических заводов. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. – М.: Металлургия, 1988. – 576 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tselikov A.I., Polukhin, P.I., Grebenik, V.M. Mashiny i agregaty metallurgicheskikh zavodov. T. 3. Mashiny i agregaty dlya proizvodstva i otdelki prokata [Machines and Units of Metallurgical Plants. Vol. 3. Machines and Units for Production and Finishing of Rolled Products. Textbook]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 576 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Слоним А.З., Сонин Л.А. Машины для правки листового и сортового проката. – М.: Металлургия, 1987. – 232 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Slonim A.Z., Sonin L.A. Mashiny dlya pravki listovogo i sortovogo prokata [Machines for Levelling of Sheet and Long Products. Textbook]. Moscow: Metallurgiya, 1987, 232 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Недорезов И.В. Моделирование процессов правки проката на роликовых машинах. – Екатеринбург: АКВА-пресс, 2003. – 255 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nedorezov I.V. Modelirovanie protsessov pravki prokata na rolikovykh mashinakh [Modeling of Levelling Processes on Roller Machines. Textbook]. Ekaterinburg: AKVA-press, 2003, 255 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шинкин В.Н. Приближенные методы расчета (2n+1)-роликовой листоправильной машины. Часть 1. Первое приближение // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017. № 2 – 1. С. 40 – 44.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shinkin V.N. Approximate methods for calculating a (2n + 1)-regular sheet levelling machine. Part 1. First approximation. Aktual’nye problemy gumanitarnykh i estestvennykh nauk. 2017, no. 2, pp. 40–44. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шелест А.Е., Юсупов В.С., Перкас М.М. и др. Разработка методики определения геометрических и деформационных параметров правки металлических листов на роликоправильных машинах // Производство проката. 2016. № 7. С. 2 – 8.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shelest A.E., Yusupov V.S., Perkas M. M., Sheftel’ E.N., Prosvirnin V.V., Akopyan K.E. Development of a method for determining the geometric and deformation parameters of metal sheets levelling on roller machines. Proizvodstvo prokata. 2016, no. 7, pp. 2–8. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Салганик В.М., Зайцев Д.А. Математическое описание процесса холодной правки толстых листов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2016. Т. 1. № 1. С. 56 – 59.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Salganik V.M., Zaitsev D.A. Mathematical description of the process of cold levelling of thick sheets. Aktual’nye problemy sovremennoi nauki, tekhniki i obrazovaniya. 2016, vol. 1, no. 1, pp. 56–59. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Максимов Е.А., Шаталов Р.Л., Васильев Ю.С. Уточнение методики расчета параметров правки толстых листов на роликовой правильной машине // Сталь. 2017. №1. С. 35 – 38.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Maksimov E.A., Shatalov R.L., Vasil’ev Yu.S. Refinement of the methodology for calculating the parameters of levelling thick sheets on a roller machine. Stal’. 2017, no. 1, pp. 35–38. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Grüber M., Oligschläger M., Hirt G. Adjusting of roller levellers by finite element simulations including a closed-loop control // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 1018. P. 207 – 214.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grüber M., Oligschläger M., Hirt G. Adjusting of roller levellers by finite element simulations including a closed-loop control. Advanced Materials Research. 2014, vol. 1018, pp. 207–214.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Behrens B.-A., Nadi T.El., Krimm R. Development of an analytical 3D-simulation model of the leveling process // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211. No. 6. P. 1060 – 1068.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Behrens B.-A., Nadi T.El., Krimm R. Development of an analytical 3D-simulation model of the levelling process. Journal of Materials Processing Technology. 2011, vol. 211, no. 6, pp. 1060–1068.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Madej L., Muszka K., Perzyński K. etc. Computer aided development of the levelling technology for flat products // CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2011. Vol. 60. No. 1. P. 291 – 294.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Madej L., Muszka K., Perzyński K., Majta J., Pietrzyk M. Computer aided development of the levelling technology for flat products. CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2011, vol. 60, no. 1, pp. 291–294.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Liu Z. A new curvature analytical method in plate levelling process // ISIJ International. 2018. Vol. 58. No. 6. P. 1094 – 1101.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Liu Z. A new curvature analytical method in plate levelling process. ISIJ International. 2018, vol. 58, no. 6, pp. 1094–1101.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Chen W.A 2.5-dimensional analytical model of cold levelling for plates with transverse wave defects // Journal of Iron and Steel Research International. 2015. Vol. 22. No. 8. P. 664 – 671.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chen W.A 2.5-dimensional analytical model of cold levelling for plates with transverse wave defects. Journal of Iron and Steel Research Int. 2015, vol. 22, no. 8, pp. 664–671.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Doege E., Menz R., Huinink S. Analysis of the levelling process based upon an analytic forming model // CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2002. Vol. 51. No. 1. P. 191 – 194.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Doege E., Menz R., Huinink S. Analysis of the levelling process based upon an analytic forming model. CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2002, vol. 51, no. 1, pp. 191–194.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Silvestre E., Sáenz de Argandoña E., Galdós L., Mendiguren J. Testing and modeling of roll levelling process // Key Engineering Materials. 2014. Vol. 611 – 612. P. 1753 – 1762.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Silvestre E., Sáenz de Argandoña E., Galdós L., Mendiguren J. Testing and modeling of roll levelling process. Key Engineering Materials. 2014, vol. 611–612, pp. 1753–1762.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Grüber M., Hirt G. Numerical investigation of a process control for the roller levelling process based on a force measurement // Materials Science Forum. 2015. Vol. 854. P. 249 – 254.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grüber M., Hirt G. Numerical investigation of a process control for the roller levelling process based on a force measurement. Materials Science Forum. 2015, vol. 854, pp. 249–254.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Grüber M., Oligschläger M., Hirt G. The effect of the initial stress and strain state in sheet metals on the roller levelling process // Key Engineering Materials. 2015. Vol. 651. P. 1023 – 1028.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grüber M., Oligschläger M., Hirt G. The effect of the initial stress and strain state in sheet metals on the roller levelling process. Key Engineering Materials. 2015, vol. 651, pp. 1023–1028.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Grüber M., Hirt G. A strategy for the controlled setting of flatness and residual stress distribution in sheet metals via roller levelling // Procedia Engineering. 2017. Vol. 207. P. 1332 – 1337.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grüber M., Hirt G. A strategy for the controlled setting of flatness and residual stress distribution in sheet metals via roller levelling. Procedia Engineering. 2017, vol. 207, pp. 1332–1337.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гарбер Э.А., Болобанова Н.Л., Трусов К.А. Выявление и устранение причин потери плоскостности горячекатаных стальных листов в процессе их лазерной резки // Производство прокатa. 2017. № 6. С. 11 – 15.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Garber E.A., Bolobanova N.L., Trusov K.A. Detection and elimination of reasons of flatness loss in hot-rolled steel sheets during laser-beam cutting. Proizvodstvo prokata. 2017, no. 6, pp. 11–15. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гарбер Э.А., Болобанова Н.Л., Трусов К.А. Моделирование напряжений и деформаций в плоской стальной полосе при ее правке в роликовой правильной машине // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2018. № 1. С. 68 – 73.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Garber E.A., Bolobanova N.L., Trusov K.A. Simulation of stresses and deformations in plane steel strip during its straightening in roller leveler. Chernaya metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2018, no. 1, pp. 68–73. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
