blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2022-4-278-284blackmet-2299Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSИсследование структурообразования при производстве листовой стали на установке непрерывного литья и деформацииStructure formation during sheet steel production in a unit of continuous casting and deformationЛеховО. С.LekhovO. S.

Олег Степанович Лехов, д.т.н., профессор кафедры инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии

Россия, 620012, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11

Oleg S. Lekhov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Engineering and Voca­tional Training in Machinery and Metallurgy

11 Mashinostroitelei Str., Yekaterinburg 620012, Russian Federation

MXLehov38@yandex.ruГузановБ. Н.GuzanovB. N.

Борис Николаевич Гузанов, д.т.н., профессор, заведующий кафед­рой инжиниринга и профессионального обучения в машинострое­нии и металлургии

Россия, 620012, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11

Boris N. Guzanov, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Chair of Engineering and Vocational Training in Machinery and Metallurgy

11 Mashinostroitelei Str., Yekaterinburg 620012, Russian Federation

guzanov_bn@mail.ruМихалевА. В.MikhalevA. V.

Александр Виктрович Михалев, к.т.н., генеральный директор

Россия, 623107, Свердловская обл., Первоуральск, ул. Сакко и Ванцетти, 28

Aleksandr V. Mikhalev, Cand. Sci. (Eng.), General Director

28 Sakko i Vantsetti Str., Pervouralsk, Sverdlovsk Region 623107, Russian Federation

mialex@trubprom.comhttps://orcid.org/0000-0002-4336-5339БилаловД. Х.BilalovD. Kh.

Дамир Харасович Билалов, доцент кафедры инжиниринга и  профессионального обучения в машиностроении и металлургии

Россия, 620012, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11

Damir Kh. Bilalov, Assist. Prof. of the Chair of Engineering and Vocational Training in Machinery and Metallurgy

11 Mashinostroitelei Str., Yekaterinburg 620012, Russian Federation

master_ddd@mail.ruРоссийский государственный профессионально-педагогический университетРоссияRussian State Professional Pedagogical UniversityRussian FederationОАО «Уральский трубный завод»РоссияJSC “Ural Pipe Plant”Russian Federation202205052022654278284Copyright © Лехов О.С., Гузанов Б.Н., Михалев А.В., Билалов Д.Х., 20222022Лехов О.С., Гузанов Б.Н., Михалев А.В., Билалов Д.Х.Lekhov O.S., Guzanov B.N., Mikhalev A.V., Bilalov D.K.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/2299

В статье рассматривается основная проблема повышения качества стальных листов для сварных труб, описываются основные причины, снижающие качество стальных листов для сварных труб, полученных на станах толстолистовой прокатки. Существует возможность улучшения качества стальных листов, используя технологические ресурс установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Поставлена и решена задача определения напряженного состояния металла в очаге циклической деформации. В работе приводятся результаты получения листовой стали марки 09Г2С на опытно-промышленной установке непрерывного литья и деформации. Напряжения в очаге циклической деформации при получении на установке стальных листов были определены для сварных труб. Авторы представляют результаты экспериментального исследования процесса получения стальных листов на опытно-промышленной установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. В статье рассматриваются результаты исследования микроструктуры, определения микротвердости и микроанализа химического состава исследуемой стали в  различных зонах поперечного сечения полученной полосы. Интерпретировано развитие структурной неоднородности в  ферритно-перлитной стали по толщине листа в условиях комбинированной термомеханической обработки металла, затвердевшего в  кристаллизаторе. В центральной светлой прослойке полосы образуется преимущественно ферритная микроструктура по сравнению с основным металлом, характеризующаяся резким снижением в ней концентрации углерода. Существует возможность возникновения подобного структурообразования на первой стадии кристаллизации в ходе ковки низкоуглеродистой стали, когда избыточная фаза высокотемпературного феррита, которая затвердевает первой, располагается в основном по центру полосы. Размер зерен перлита в светлой прослойке соизмерим с зеренной структурой перлита в основном металле полосы, и не образует выделений реечной морфологии, повышающих склонность стали к хрупким разрушениям.

The paper considers the main problem of improving quality of steel sheets for welded pipes obtained at plate rolling mills and the main reasons that reduce it. There is a possibility of improving quality of steel sheets using technological capabilities of the unit of combined continuous casting and deformation. Problem of determining stress state of metal in cyclic deformation zone is posed and solved. The results of obtaining 09G2S sheet steel in pilot unit of continuous casting and deformation are presented. Magnitude of stresses in the center of cyclic deformation during production of steel sheets was determined for welded pipes at the unit. The authors present results of experimental study of the process of steel sheets production at pilot unit of continuous casting and deformation. The article considers the results of microstructure analysis, microhardness determination and microanalysis of chemical composition of the studied steel in various zones of the strip cross section. Structural inhomogeneity development in ferritic-pearlitic steel is interpreted along the thickness of sheet under conditions of combined thermomechanical processing of metal solidified in the mold. Predominantly ferritic microstructure is generated in the central light interlayer of the strip compared to base metal, characterized by a sharp decrease in carbon concentration in it. There is a possibility of such structure genesis at the first stages of crystallization during forging of low-carbon steel, when the excess phase of high-temperature ferrite that solidifies first is located mainly in the strip center. The size of pearlite grains in the light interlayer covariates with the grain structure of pearlite in the strip base metal and does not form precipitates of lath morphology, which increase tendency of steel to brittle fracture.

листсталь марки 09Г2Сустановкакристаллизаторсварная трубанапряжениемикротвердостьмикроанализмикроструктурапрочностьsheet09G2S steelunitmoldwelded pipestressmicrohardnessmicroanalysismicrostructurestrengthReferencesЭфрон Л.И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. М.: Металлургиздат, 2012. 696 с.Efron L.I. Material Science in Metallurgy. Pipe Steels. Moscow: Metallurgizdat, 2012, 696 p. (In Russ.).Вюнненберг К. Производство непрерывнолитых заготовок отвечающих высшим требованиям качества. В кн.: Труды шестого международного конгресса железа и стали. Т. 3. М.: Машиностроение, 1990. С. 364–376.Vyunnenberg K. Production of continuously cast blanks that meet the highest quality requirements. In: Proceedings of the 6th Int. Congress of Iron and Steel. Vol. 3. Мoscow: Mashinostroenie, 1990, pp.  364–376. (In Russ.).Fujii Н., Ohashi Т., Hiromoto Т. On the formation of the internal cracks in continuously cast slabs // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1978. Vol. 18. No. 8. P. 510–518. https://doi.org/10.2355/isijinternational1966.18.510Fujii Н., Ohashi Т., Hiromoto Т. On the formation of the internal cracks in continuously cast slabs. Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1978, vol. 18, no. 8, pp. 510–518. https://doi.org/10.2355/isijinternational1966.18.510Sorimachi K., Emi Т. Elastoplastic stress analysis of bulging as a major cause of internal cracks in continuously cast slabs // Tetsu-to-Hagane. 1977. Vol. 63. No. 8. P. 1297–1304. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.63.8_1297Sorimachi К., Emi Т. Elastoplastic stress analysis of bulging as a major cause of internal cracks in continuously cast slabs. Tetsu-to-Hagane. 1977, vol. 63, no. 8, pp. 1297–1304. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.63.8_1297Лехов О.С., Михалев А.В. Установка непрерывного литья и деформации для производства стальных листов и сортовых заготовок. Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2020. 307 с.Lekhov O.S., Mikhalev A.V. Unit of Continuous Casting and Deformation for Production of Steel Sheets and Blanks. Yekaterinburg: Izd-vo UMTs UPI, 2020, 307 p. (In Russ.).Лехов О.С., Гузанов Б.Н., Лисин И.В., Билалов Д.Х. Исследование совмещенного процесса непрерывной разливки и цикличес­кой деформации для получения листов из стали // Сталь. 2016. № 1. С. 52–62.Lekhov O.S., Guzanov B.N., Lisin I.V., Bilalov D.Kh. Investigation of combined process of continuous casting and cyclic deformation for steel sheets production. Stal’. 2016, no. 1, pp. 52–62. (In Russ.).Лехов О.С., Михалев А.В., Шевелев М.М. Нагруженность и нап­ряженное состояние бойков установки непрерывного литья и деформации полосы при получении листов из стали для сварных труб. Сообщение 1 // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 4. С. 268–273. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-4-268-273Lekhov O.S., Mikhalev A.V., Shevelev M.M. Load and strain status of CCM backups and stripe deformation at production of steel sheets for welded pipes. Report 1. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018, vol.  61, no. 4, pp. 268–273. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-4-268-273ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 15.0.ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 15.0.Богатов А.А., Нухов Д.Ш., Пьянков К.П. Конечно-элементное моделирование процесса толстолистовой прокатки // Металлург. 2015. № 2. C. 19–23.Bogatov A.A., Nukhov D.Sh., P’yankov K.P. Finite-element modeling of plate-rolling. Metallurgist. 2015, vol. 59, no. 1, pp. 113–118. https://doi.org/10.1007/s11015-015-0069-6Takashima Y., Yanagimoto I. Finite element analysis of flange spread behavior in H-beam universal rolling // Steel Research International. 2011. Vol. 82. No. 10. P. 1240–1247. https://doi.org/10.1002/srin.201100078Takashima Y., Yanagimoto I. Finite element analysis of flange spread behavior in H-beam universal rolling. Steel Research International. 2011, vol. 82, no. 10, pp. 1240–1247. https://doi.org/10.1002/srin.201100078Karrech A., Seibi A. Analytical model of the expansion in of tubes under tension // Journal of Materials Processing Technology. 2010. Vol. 210. No. 2. P. 336–362. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.09.024Karrech A., Seibi A. Analytical model of the expansion in of tubes under tension. Journal of Materials Processing Technology. 2010, vol. 210, no. 2, pp. 336–362. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.09.024Kazakov A.L., Spevak L.F. Numeral and analytical studies of nonlinear parabolic equation with boundary conditions of a special form // Applied Mathematical Modelling. 2013. Vol. 37. No. 10-11. P. 6918–6928. https://doi.org/10.1016/j.apm.2013.02.026Kazakov A.L., Spevak L.F. Numeral and analytical studies of nonlinear parabolic equation with boundary conditions of a special form. Applied Mathematical Modelling. 2013, vol. 37, no. 10-11, pp. 6918–6928. https://doi.org/10.1016/j.apm.2013.02.026Kobayashi S., Oh S.-I., Altan T. Metal Forming and Finite-Element Method. New York: Oxford University Press, 1989. 377 p.Kobayashi S., Oh S.-I., Altan T. Metal Forming and Finite-Element Method. New York: Oxford University Press, 1989, 377 p.Jansson N. Optimized sparse matrix assembly in finite element sol­vers with one-sided communication // High Performance Computing for Computational Science – VECPAR 2012. Berlin; Heidelberg: Springer. 2013. P. 128–139.Jansson N. Optimized sparse matrix assembly in finite element sol­vers with one-sided communication. In: High Performance Computing for Computational Science – VECPAR 2012. Berlin; Heidelberg: Springer, 2013, pp. 128–139.Matsumia Т., Nakamura Y. Mathematical model of slab bulging during continuous casting. In: Applied Mathematical, and Physical Models in Iron and Steel Industry. Proceedings of the 3rd Process Tech. Conf., Pittsburgh, Pa, 28-31 March 1982. New York. P. 264–270.Matsumia Т., Nakamura Y. Mathematical model of slab bulging during continuous casting. In: Applied Mathematical, and Physical Models in Iron and Steel Industry. Proceedings of the 3rd Process Tech. Conf., Pittsburgh, Pa, 28-31 March 1982. New York, 1982, pp. 264–270.Park C.Y., Yang D.Y. A study of void crushing in large forgings II. Estimation of bonding efficiency by finite-element analysis // Journal of Materials Processing Technology. 1997. Vol. 72. No. 1. P. 32–41. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(97)00126-XPark C.Y., Yang D.Y. A study of void crushing in large forgings II. Estimation of bonding efficiency by finite-element analysis. Journal of Materials Processing Technology. 1997, vol. 72, no. 1, pp. 32–41. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(97)00126-XЕфименко Л.А., Прыгаев А.К. Определение фактических механических свойств металла трубопроводов на основе измерения твердости. М.: Изд-во РТУ нефти и газа, 2007. 18 с.Efimenko L.A., Prygaev A.K. Determination of Actual Mechanical Properties of Pipeline Metal Based on Hardness Measurements. Мoscow: Izd-vo RTU nefti i gaza, 2007, 18 p. (In Russ.).Кудря А.В. Критические факторы металлургического качества сталей повышенной прочности. В кн.: Перспективные материалы. Т. V. Тольятти: изд. ТГУ, 2013. С. 332–362.Kudrya A.V. Critical factors of metallurgical quality of high strength steels. In: Advanced Materials. Vol. V. Tol’yatti: izd. TSU, 2013, pp.  332–362. (In Russ.).Казаков А.А., Киселев Д.В. Современные методы оценки качества структуры материалов на основе панорамных исследований на основе анализатора изображений TXIXOMET. В кн.: Перспективные материалы. Т. V. Тольятти: изд. ТГУ, 2013. C. 270–329.Kazakov A.A., Kiselev D.V. Modern methods for assessing structure quality of materials based on panoramic tests by TXIXOMET image analyzer. In: Advanced materials. Vol. V. Tol’yatti: izd. TSU 2013, pp. 270–329. (In Russ.).Nallathambi A.K., Specht E., Bertram A., Kaymak Y. Sensitivity of material properties on distortion and residual stresses during metal quenching process // Journal of Materials Processing Technology. 2010. Vol. 210. No. 2. P. 204–211. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.09.001Nallathambi A.K., Specht E., Bertram A., Kaymak Y. Sensitivity of material properties on distortion and residual stresses during metal quenching process. Journal of Materials Processing Technology. 2010, vol. 210, no. 2, pp. 204–211. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.09.001

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