blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2023-4-485-491blackmet-2580Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSНапряженное состояние системы заготовка – оправка при получении стальной полой заготовки на установке непрерывного литья и деформации. Часть 1Stress state of billet – mandrel system during production of hollow steel billet in a unit for continuous casting and deformation. Part 1ЛеховО. 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.ruМихалевА. В.MikhalevA. V.

Александр Викторович 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.comНепряхинС. О.NepryakhinS. O.

Сергей Олегович Непряхин, к.т.н., доцент кафедры обработки металлов давлением

Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Sergei O. Nepryakhin, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Metal Forming”

28 Mira Str., Yekaterinburg 620002, Russian Federation

s.o.nepriakhin@urfu.ruРоссийский государственный профессионально-педагогический университетРоссияRussian State Vocational Pedagogical UniversityRussian FederationОАО «Уральский трубный завод»РоссияJSC “Ural Pipe Plant”Russian FederationУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the First President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation202317082023664485491Copyright © Лехов О.С., Михалев А.В., Непряхин С.О., 20232023Лехов О.С., Михалев А.В., Непряхин С.О.Lekhov O.S., Mikhalev A.V., Nepryakhin S.O.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/2580

Приводится обоснование актуальности получения непрерывнолитых стальных трубных полых заготовок с позиции улучшения качества труб из углеродистых и легированных сталей. Представлена оценка качества внутренней поверхности труб, прокатанных из стальных сплошных трубных заготовок. Предлагается новая технология получения стальных трубных полых заготовок на ресурсосберегающей установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Приводится фотография участка непрерывного литья и деформации ОАО «Уральский трубный завод», показана опытная установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Статья содержит результаты теоретического исследования напряженно-деформированного состояния оправки и участков трубной заготовки при обжатии ее бойками установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. В статье рассматривается общая модель системы кристаллизатор – бойки. Приведены исходные данные для расчета, размеры полой трубной заготовки и описание калибровки бойков для обжатия стальной полой заготовки. Рассматривается температурное поле полой заготовки. Для моделирования напряженно-деформированного состояния металла в очагах деформации и оправке рассматриваются четыре контактные пары. Излагается методика расчета с использованием метода конечных элементов и приводятся размеры конечного элемента в очагах деформации полой заготовки. Установлены величины и закономерности изменения перемещений металла и осевых напряжений в очагах деформации при получении стальных полых заготовок на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации (бойки выполнены по постоянному радиусу). Авторы дают оценку напряженного состояния металла в очагах деформации с позиции улучшения качества стальных полых заготовок при получении на установке непрерывного литья и деформации.

The substantiation of the relevance of obtaining continuous cast steel pipe hollow billet is given from the position of improving the quality of pipes made of carbon and alloy steels is given. The article presents an assessment of the quality of the inner surface of pipes made of solid steel pipe billet. A new technology is proposed for the production of hollow steel pipe billets on a resource-saving unit of combined continuous casting and deformation. The photo of the continuous casting and deformation section of JSC Ural Pipe Plant is given, where a pilot unit of combined continuous casting and deformation is installed. The paper presents the results of a theoretical study of stress-strain state of the mandrel and sections of a pipe billet when it is compressed by the strikers of the unit of combined continuous casting and deformation. The authors discuss the general model of the mold – striker system. The initial data on calculation, dimensions of the hollow pipe billet and a description of the calibration of strikers for compression of a hollow steel billet are given. The temperature field of a hollow billet was determined. To simulate the stress-strain state of the metal in the roll pass and the mandrel, four contact pairs were considered. Calculations were made by the finite element method. The dimensions of the final element in the roll pass of hollow billet were determined. The authors established the values and patterns of changes in metal displacements and axial stresses in the roll pass during the production of hollow steel billets in the unit of combined continuous casting and deformation (strikers are made along a constant radius). The stress state of metal in the roll pass was assessed from the standpoint of improving the quality of hollow steel billets.

установканепрерывное литьебоекдеформацияполая заготовканапряжениеконечный элементunitcontinuous castinganvildeformationhollow billetstressfinite elementReferencesЛехов О.С., Михалев А.В. Установка непрерывного литья и деформации для производства стальных листов и сортовых заготовок. Москва: Вологда: Инфра-Инженерия; 2021:304.Lekhov O.S., Mikhalev A.V. Unit of Continuous Casting and Deformation for Production of Steel Sheets and Billets. Moscow: Vologda: Infra-Inzheneriya; 2021:304. (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):59–62.Lekhov O.S., Guzanov B.N., Lisin I.V., Bilalov D.Kh. Investigation of the combined process of continuous casting and cyclic deformation for the production of steel sheets. Stal’. 2016;(1):59–62. (In Russ.).Fujii Н., Ohashi Т., Hiromoto Т. On the formation of the internal cracks in continuously cast slabs. Tetsu-to-Hagane. 1978;18(8):510–518. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.62.14_1813Fujii Н., Ohashi Т., Hiromoto Т. On the formation of the internal cracks in continuously cast slabs. Tetsu-to-Hagane. 1978;18(8):510–518. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.62.14_1813Лехов 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;61(4):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;61(4):268–273. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-4-268-273Sorimachi K., Emi Т. Elastoplastic stress analysis of bulging as a major cause of internal cracks in continuously cast slabs. Tetsu-to-Hagane. 1977;63(8):1297–1304. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.63.8_1297Sorimachi K., Emi Т. Elastoplastic stress analysis of bulging as a major cause of internal cracks in continuously cast slabs. Tetsu-to-Hagane. 1977;63(8):1297–1304. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.63.8_1297Вюнненберг К. Производство непрерывнолитых заготовок отвечающих высшим требованиям качества. В кн.: Труды шестого международного конгресса железа и стали. Т. 3. Москва: Машиностроение; 1990:364–376.Vyunnenberg K. Production of continuously cast blanks that meet the highest quality requirements. In: Proceedings of the Sixth Int. Congress of Iron and Steel. Vol. 3. Мoscow: Mashinostroenie; 1990:364–376. (In Russ.).ANSYS. 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):19–23.Bogatov A.A., Nukhov D.Sh., P’yankov K.P. Finite element modeling of plate rolling. Metallurg. 2015;(2):19–23. (In Russ.).Takashima Y., Yanagimoto I. Finite element analysis of flange spread behavior in H-beam universal rolling. Steel Research International. 2011;82(10):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;82(10):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;210:336–362.Karrech A., Seibi A. Analytical model of the expansion in of tubes under tension. Journal of Materials Processing Technology. 2010;210:336–362.Kazakov A.L., Spevak L.F. Numeral and analytical studies of nonlinear parabolic equation with boundary conditions of a special form. Applied Mathematical Modelling. 2013;37(10-13):Kazakov A.L., Spevak L.F. Numeral and analytical studies of nonlinear parabolic equation with boundary conditions of a special form. Applied Mathematical Modelling. 2013;37(10-13):–6928. https://doi.org/10.1016/j.apm.2013.02.026–6928. 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.Kobayashi S., Oh S.-I., Altan T. Metal Forming and Finite-Element Method. New York: Oxford University Press; 1989:377.Jansson N. Optimized sparse matrix assembly in finite element solvers with one-sided communication. High Performance Computing for Computational Science – VECPAR 2012. Springer: Berlin, Heidelberg; 2013:128–139.Jansson N. Optimized sparse matrix assembly in finite element solvers with one-sided communication. High Performance Computing for Computational Science – VECPAR 2012. Springer: Berlin, Heidelberg; 2013:128–139.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 Technological Conference, Pittsburgh, Pa, 28–31 March 1982. New York: 1982:264–270.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 Technological Conference, Pittsburgh, Pa, 28–31 March 1982. New York: 1982:264–270.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;72(1):32–41.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;72(1):32–41.Ефименко Л.А., Прыгаев А.К. Определение фактичес­ких механических свойств металла трубопроводов на основе измерения твердости. Москва: изд. РТУ нефти и газа; 2007:18.Efimenko L.A., Prygaev A.K. Determination of Actual Mechanical Properties of Pipeline Metal Based on Hardness Measurement. Moscow: Izd-vo RTU nefti i gaza; 2007:18. (In Russ.).Кудря А.В. Критические факторы металлургического качества сталей повышенной прочности. В кн.: Перспективные материалы. Т. V. Тольятти: изд. ТГУ; 2013: 332–362.Kudrya A.V. Critical factors of metallurgical quality of high-strength steels. In: Perspective Materials. Vol. V. Tol’yatti: izd. TSU; 2013:332–362. (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; 2013:270–329.Kazakov A.A., Kiselev D.V. Modern methods for assessing the quality of materials structure based on panoramic studies with TXIXOMET image analyzer. In: Perspective Materials. Vol. V. Tol’yatti: izd. TSU; 2013:270–329. (In Russ.).Kyung-Moon L., Hu-Chul L. Grain refinement and mechanical properties of asymmetrically rolled low carbon steel. Journal of Materials Processing Technology. 2010;210(12):1574–1579. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.05.004Kyung-Moon L., Hu-Chul L. Grain refinement and mechanical properties of asymmetrically rolled low carbon steel. Journal of Materials Processing Technology. 2010;210(12):1574–1579. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.05.004Эфрон Л.И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. Москва: Металлургиздат; 2012:696.Efron L.I. Metal Science in “Big” Metallurgy. Pipe Steels. Moscow: Metallurgizdat; 2012:696. (In Russ.).

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