blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-11-781-786blackmet-962Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЛИТОГО МЕТАЛЛА ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРЕВЕINVESTIGATION OF THE STRESSED STATE OF CAST METAL AT CYCLED HEATINGЛозаА. В.LozaA. V.

старший преподаватель кафедры «Теоретическая и прикладная механика»,

87500, Донецкая обл., Мариуполь, ул. Университетская, 7

Senior Lecturer of the Chair «Theoretical and Applied Mechanics»

Mariupol, Donetsk Region

loza_a_v@pstu.eduЧигаревВ. В.ChigarеvV. V.

д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Металлургия и технология сварочного производства»,

87500, Донецкая обл., Мариуполь, ул. Университетская, 7

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair «Metallurgy and Welding Technology»,

Mariupol, Donetsk Region

chigarew07@rambler.ruРассохинД. А.RassokhinD. A.

аспирант кафедры «Механическое оборудование заводов черной металлургии»,

87500, Донецкая обл., Мариуполь, ул. Университетская, 7

Postgraduate of the Chair “Mechanical Equipment of Ferrous Metallurgy Plants”,

Mariupol, Donetsk Region

ШишкинВ. В.ShishkinV. V.

к.т.н., доцент кафедры «Теоретическая и прикладная механика»,

87500, Донецкая обл., Мариуполь, ул. Университетская, 7

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair «Theoretical and Applied Mechanics»,

Mariupol, Donetsk Region

Приазовский государственный технический университетУкраинаAzov State Technical UniversityUkraine2016301120165911781786Copyright © Лоза А.В., Чигарев В.В., Рассохин Д.А., Шишкин В.В., 20162016Лоза А.В., Чигарев В.В., Рассохин Д.А., Шишкин В.В.Loza A.V., Chigarеv V.V., Rassokhin D.A., Shishkin V.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/962

В металлургии применяются литые стальные изделия, которые работают при высоких температурах. Циклическое тепловое воздействие в условиях сложного нагружения обуславливает возникновение в них знакопеременных напряжений и преждевременное развитие трещин, что сокращает срок службы оборудования и может привести к аварийным остановкам. Условия работы стальной отливки при циклическом воздействии высоких температур проанализировано на примере головки затравки слябовой МНЛЗ. Методом моделирования выполнено исследование напряженного состояния металла головки затравки. Проанализированы причины возникновения трещин, а также влияние структуры металла на изменение механических свойств изделия. Установлена возможность увеличения ресурса работы литых изделий, в частности затравок, путем выполнения специальной наплавки для создания рабочего слоя с повышенными пластическими и вязкими свойствами, что увеличивает эксплуатационную стойкость деталей в условиях циклического нагрева.

Foundry practice is widely used in iron and steel industry for manufacturing of numerous steel parts that undergo thermal cycling at exploitation. In order to increase their service lives the problem of cracks formation is to be solved. Operation conditions of a steel ingot at cycled impact of high temperatures were analyzed on example of a head part of the gripping device of continuous casting machines. The head part of a gripping device is exposed to intense and not-uniform heating it leading to formation of substantial stresses inside. Due to periodic heating and cooling cycles in the surface layer of the most heated part (the locker) deformation stresses-strains (of elongationcompression type) spring up, resulting in formation of surface cracks after several dozens of cycles. The stressed state of the head part of the gripping device at heating and cooling periods was investigated. It was found that thermal strain in cast metal, resulting from the impact of high temperatures was the reason of cracks formation. It decreases the operational durability of steel cast parts. With due regard to the character and direction of formation of cracks it was suggested to create a layer on the surface of locker’s tooth, by means of strengthening or renewal surface deposition, which can withstand deformation and is devoid of strain concentrators. It seems to be the most promising way of repairing of parts, manufactured by the process of casting.

стальная отливкатрещинынапряжениядеформациитемпературные напряжениямашина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)затравкаsteel cast ingotcracksdeformation straintemperature straincontinuous casting machine (CCM)gripping deviceReferencesНис ковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. – М.: Металлургия, 1991. – 271 с.Niskovskikh V.M., Karlinskii S.E., Berenov A.D. Mashiny nepreryvnogo lit’ya slyabovykh zagotovok [Slab continuous casting machines]. Moscow: Metallurgiya, 1991, 271 p. (In Russ.).Непрерывная разливка стали на радиальных установках / В.Т. Сладкоштеев, Р.В. Потанин, О.М. Суладзе и др. – М.: Металлургия, 1974. – 283 с.Sladkoshteev V.T., Potanin R.V. etc. Nepreryvnaya razlivka stali na radial’nykh ustanovkakh [Continuous casting on radial machines]. Moscow: Metallurgiya, 1974, 283 p. (In Russ.).Лоза А.В. Снижение аварийности при разливке стали на МНЛЗ // Сталь. 2015. № 8. С. 21 – 24.Loza A.V. Reducing the accidents at steel casting at CCM. Stal’. 2015, no. 8, pp. 21–24. (In Russ.).Лоза А.В., Чигарев В.В., Рассохин Д.А., Шишкин В.В. Исследование деформаций в концевых слябах при непрерывной разливке стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. № 3. Т. 58. С. 197 – 202.Loza A.V., Chigarev V.V., Rassokhin D.A., Shishkin V.V. Research of deformations in fi nal slabs at continuous casting of steel. Izves tiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2015, no. 3, vol. 58, pp. 197–202. (In Russ.).Марочник сталей и сплавов / Под ред. В. Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 639 с.Marochnik stalei i splavov [Database of steels and alloys]. Sorokin V.G. ed. Moscow: Mashinostroenie, 1989, 639 p. (In Russ.).Зайцев А.И., Лейтес А.В., Либерман А.Л. Физико-химические основы нового метода управления отводом тепла от слитка к кристаллизатору // Сталь. 2003. № 3. С. 70 – 74.Zaitsev A. I., Leites A.V., Liberman A.L. Physico-chemical basis of a new control method of heat transfer from the ingot to the mold. Stal’. 2003, no. 3, pp. 70–74. (In Russ.).Дождиков В.И., Емельянов В.А., Евтеев Д.П. Теплоотвод в кристаллизаторе МНЛЗ при переменной скорости вытягивания // Изв. вуз. Черная металлургия. 1984. № 4. С. 104 – 106.Dozhdikov V. I., Emel’yanov V.A., Evteev D.P. Heat transfer in the mold of CCM at variable drawing speed. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1984, no. 4, pp. 104–106. (In Russ.).Дождиков В.И., Хохлов В.И. Экспериментальное исследование теплопередачи в кристаллизаторе вертикальной МНЛЗ: Темат. отрасл. сб. «Непрерывное литье стали». № 7. – М.: Металлургия, 1981. С. 83 – 85.Dozhdikov V.I., Khokhlov V.I. Experimental study of heat transfer in the mold of vertical CCM. In: Nepreryvnoe lit’e stali: Temat. otrasl. sb. [Continuous casting of steel: Thematic industrial coll.], no. 7. Moscow: Metallurgiya, 1981, pp. 83–85. (In Russ.).Василевский П.Ф. Технология стального литья. – М.: Машиностроение, 2010. – 256 с.Vasilevskii P.F. Tekhnologiya stal’nogo lit’ya [Steel casting technology]. Moscow: Mashinostroenie, 2010, 256 p. (In Russ.).Саубанов М.Н., Кузьминова Н.М., Фокин В.И. Повышение гид роплотности стальных корпусных отливок, работающих под давлением 21 и 35МПа // Технология металлов. 2001. № 1. С. 6 – 7.Saubanov M.N., Kuz’minova N.M., Fokin V.I. Increasing hydro density of hull steel castings at pressure 21 and 35 Mpa. Tekhnologiya metallov. 2001, no. 1, pp. 6–7. (In Russ.).Голубцов В.А., Воронин А.А., Тетюева Т.В. и др. Происхождение неметаллических включений и пути снижения загрязненности ими металла // Металлург. 2005. № 4. С. 73 – 77.Golubtsov V.A., Voronin A.A., Tetyueva T.V., Roshchin V.E., Usmanov R.G. Origin of nonmetallic inclusions and ways of alleviating their contamination of steel. Metallurgist. 2005, vol. 49, no. 3–4, pp. 149–155.Huang C. Some problems of detecting clay content in casting raw sand // Foundry technology. 2014. Vol. 35. No. 1. P. 201 – 202.Huang C. Some problems of detecting clay content in casting raw sand. Foundry technology. 2014, vol. 35, no. 1, pp. 201–202.Сопротивление материалов / Г. С. Писаренко, В.А. Агаев, А.Л. Квитка и др. – К.: Вища школа, 1986. – 768 с.Pisarenko G.S., Agaev V.A Kvitka A.L. Soprotivlenie materialov [Strength of materials]. Kiev: Vishcha shkola, 1986, 768 p. (In Russ.).Пекельный Н. И., Дибир А.Г. Расчет на прочность при действии повторно-переменных нагрузок. – Харьков: ХАИ, 2004. – 76 с.Pekel’nyi N.I., Dibir A.G. Raschet na prochnost’ pri deistvii povtorno- eremennykh nagruzok [Calculation of strength at re-variable loads action]. Kharkiv: KhAI, 2004, 76 p. (In Russ.).Гулаков С.В., Носовский Б.И. Наплавка рабочего слоя с регламентированным распределением свойств. – Мариуполь: ПГТУ, 2005. – 170 с.Gulakov S.V., Nosovskii B.I. Naplavka rabochego sloya s reglamentirovannym raspredeleniem svoistv [Surfacing the working layer with regulated distribution properties]. Mariupol: PGTU, 2005, 170 p. (In Russ.).

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