РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОКАТКИ ПРИ ОСВОЕНИИ НОВЫХ МАРОК РЕЛЬСОВЫХ СТАЛЕЙ

Анализ существующих методик теоретического определения сопротивления сталей пластическому деформированию позволил выявить ряд их существенных недостатков, в частности отсутствие учета влияния химического и фазового составов стали, истории нагружения. Обусловленное перечисленными недостатками ограничение по области применения не позволяет считать эти методики пригодными для получения достоверных прогнозных значений энергосиловых параметров прокатки применительно к вновь осваиваемым маркам стали, в частности к сложнолегированным рельсовым сталям. На основании вышесказанного сделан вывод о необходимости проведения экспериментальных исследований сопротивления пластической деформации таких сталей при различном сочетании температурно-скоростных параметров прокатки, степени деформации и варьировании химического состава стали. Указанные исследования применительно к стали марки Э78ХСФ проведены с использованием комплекса для физического моделирования термомеханических процессов «Gleeble System 3800». На основании математической обработки полученных экспериментальных данных разработана методика численного определения сопротивления рельсовых сталей пластическому деформированию при изменяющихся термомеханических параметрах прокатки (температура, скорость и степень деформации) и нестабильном химическом составе стали. Характер полученных экспериментальных зависимостей свидетельствует о снижении сопротивления пластическому деформированию стали Э78ХСФ при повышении температуры ее деформации в интервале температур прокатки и повышении сопротивления пластическому деформированию при увеличении скорости деформации в интервале изменения данного параметра на рельсобалочных станах, что согласуется с общепринятыми представлениями. Экспериментальные данные позволяют говорить о ярко выраженном нелинейном характере зависимости сопротивления стали Э78ХСФ пластическому деформированию от степени деформации, что свидетельствует о протекании динамической рекристаллизации в дополнении к динамическому возврату и полигонизации. Анализ влияния химического состава стали Э78ХСФ на ее сопротивление пластическому деформированию свидетельствует о повышении этой характеристики при увеличении концентрации в стали углерода, марганца, серы и фосфора и снижении сопротивления пластической деформации при увеличении содержания ванадия в стали. Полученные данные об отсутствии влияния на сопротивление пластической деформации стали Э78ХСФ изменения концентрации кремния и хрома (в рамках интервала изменения, соответствующего требованиям стандартов) позволяет сделать вывод о возможности использования разработанной методики расчета для определения сопротивления пластической деформации рельсовых сталей, не легированных указанными элементами. Адекватность предложенной методики подтверждена исследованиями энергосиловых параметров прокатки в условиях действующего универсального рельсобалочного стана АО «ЕВРАЗ ЗСМК» для сталей различного химического состава.

энергосиловые параметры прокатки, сопротивление деформации, рельсовая сталь, экспериментальные исследования, термомеханические параметры прокатки, химический состав стали

1. Сопротивление деформации и пластичность металлов при обработке давлением / Ю.Г. Калпин, В.И. Перфилов, П.А. Петров, В.А. Рябов и др. – М.: Машиностроение, 2011. – 244 с.

2. Перетятько В.Н., Темлянцев М.В., Филиппова М.В. Пластичность и разрушение сплавов в процессах нагрева и обработки давлением. – М.: Теплотехник, 2010. – 352 с. 3. Зюзин В.И., Бровман М.Я., Мельников А.Ф. Сопротивление деформации сталей при горячей прокатке. – М.: Металлургия, 1964. – 270 с.

3. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. – М.: Металлургия, 1986. – 688 с.

4. Остапенко А.Л., Руденко Е.А., Курдюкова Л.А. Оценка влияния методики определения сопротивления деформации на погрешность расчета силы горячей прокатки полос и листов // Черная металлургия: Бюл. ин-та «Черметинформация». 2013. № 6. С. 38 – 44.

5. Карпов С.В., Банщиков А.А., Карпова А.С. Сопротивление деформации марганцовистых сталей // Ползуновский альманах. 2008. № 3. С. 123 – 126.

6. Остапенко А.Л., Переходченко В.А., Кушнир О.Н., Пластун Д.А. О применимости методик расчета сопротивления деформации для оценки энергосиловых условий горячей прокатки полос // Сталь.2014. № 5. С. 41 – 52.

7. Konovalov A.V. Viscoplastic model for the resistance of metals to high-temperature deformation // Russian metallurgy (Metally). 2005. 2005. No. 5. Р. 456 – 459.

8. Hildenbrand A., Molinari A., Baczynski J. Self-consistent poly crystal modelling of dynamic recrystallization during the shear deformation of A Ti IF steel // Acta mater. 1999. Vol. 47. No. 2. Р. 447 – 460.

9. Marx E. Simulation of primary recrystallization // Acta mater. 1999. Vol. 47. No. 4. Р. 1219 – 1230.

10. Manonukul A., Dunne N. Dynamic recrystallization // Acta mater. 1999. Vol. 47. No. 7. Р. 4339 – 4354.

11. Ding R., Guo Z. X. Microstructural modeling of dynamic recrystallization using an extended cellular automaton approach // Computational Materials Science. 2002. No. 23. P. 209 – 218.

12. Goetz R.L., Seetharaman V. Modeling dynamic recrystallization using cellular automata // Scripta Materialia. 1998. Vol. 38. No. 3. P. 405 – 413.

13. Гладковский С.В., Потапов А.И., Лепихин С.В. Исследование сопротивления деформации мартенситно-стареющей стали ЭП679 // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2015. Iss. 4. Р. 18 – 28.

14. Konovalov A.V., Smirnov A.S., Parshin V.S., Dronov A.I., Karamyshev A.P., Nekrasov I.I., Fedulov A.A., Serebryakov A.V. Study of the Resistance of Steels 18KhMFB And 18Kh3MFB to Hot Deformation // Metallurgist. 2016. Vol. 59. Iss. 11. Р. 1118 – 1121.

15. Konovalov A.V., Smirnov A.S. Viscoplastic model for the strain resistance of 08KH18N10T steel at a hot-deformation temperature // Russian metallurgy (Metally). 2008. Vol. 2008. No. 2. Р. 138 – 141.

16. Потапов А.И., Батуева Е.А. Сопротивление деформации кремнемарганцовистых сталей для арматуры // Заготовительные производства в машиностроении. 2013. № 10. С. 38 – 40.

17. Golovatenko A.V., Dorofeev V.V., Trusov V.A., Volkov K.V., Dobryanskii A.V. Analysis of Experimental Dependence of Rail Steel E78KhSF Deformation Resistance on Deformation Temperature, Rate, and Degree // Metallurgist. 2015. Vol. 58. Iss. 5. Р. 528 – 534.

18. Уманский А.А., Головатенко А.В., Кадыков В.Н. Исследование влияния химического состава рельсовой стали на сопротивление деформации при прокатке // Вестник горно-металлургической секции российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2015. Вып. 35. С. 52 – 59.

19. Umansky A.A., Golovatenko A.V., Kadykov V.N., Dumova L.V. Development of mathematical models and methods for calculation of rail steel deformation resistance of various chemical composition // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. Р. 12 – 29.

20. Queen H.J., Jonas J.J. Plastic Deformation of Materials. New York: Academic Press, 1975. – 493 p.

21. The Hot Deformation of Austenite: edited by J.B. Ballance. New York: AIME, 1977. – 631 p.

22. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1983. – 352 с.

23. Golovatenko A.V., Umansky A.A., Kadykov V.N. Improvement of rolling modes of long length rails on the universal rail and structural steel mill “EVRAZ ZSMK” // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. Р. 12 – 28.