ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ТОРЦЕВОЙ ОБЛАСТИ КРАТНОЙ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ СОРТОВОЙ ЗАГОТОВКИ НА РАСТРЕСКИВАНИЕ ТОРЦОВ РАСКАТА ПРИ ПРОКАТКЕ

Произведен анализ проблем, возникающих при прокатке непрерывнолитой заготовки на современных мини-металлургических и передельных заводах. Показано, что использование в прокатных станах данных заводов клетей трио, вызывает необходимость получения заготовок кратной длинны из штанг (чаще всего 12-ти метровой длины), которое производится в условиях прокатного цеха. Отмечено, что последующая прокатка таких кратных заготовок выявила повышенную растрескиваемость передних концов и, как следствие, повышенный расход металла. Произведен первичный анализ причин появления данных растрескиваний. Указано, что данный дефект может появляться в результате формируемого определенного напряженно-деформированного состояния на торце раската, которое обуславливается наличием неравномерного температурного поля вследствие более интенсивного охлаждения торца, режима обжатий в клети трио и наличия у непрерывнолитой заготовки осевых дефектов. Исследование проводилось на промышленном среднесортном стане 500/370, а также с использованием математического моделирования методом конечных элементов. Исследовалось влияние совокупности технологических факторов, таких как температура нагрева заготовок перед прокаткой, временного интервала их транспортировки на участке “нагревательная печь – первая клеть прокатного стана” и параметров макроструктуры осевой области металла. Расчеты с помощью разработанной математической модели указали на необходимость учета наличия на нагретой непрерывнолитой заготовке слоя окалины. Показано, что в зависимости от температуры нагрева и времени транспортировки, перепад температур на торце раската по сравнению с температурой нагрева может составить от 45 до 100 ºС, что приведет к неравномерному распределению сопротивления деформации и неблагоприятному напряженно-деформированному состоянию на торце раската. Кроме того, наличие осевого дефекта может влиять на растрескивание в контексте особенностей его формы и его трансформации при приложении обжатия. Полученные экспериментальные данные позволили высказать гипотезу о механизме трансформации дефектов несплошности, обусловленных условиями непрерывной разливки и порезки заготовок, в трещины на торце раската в ходе прокатки в обжимной клети.

1. Smirnov A. N., Smirnov E. N., Sklyar V. A., Belevitin V. A., Pivovarov R. E. Producing Structural-Steel Bar from Continuous-Cast Billet // Steel in translation // Vol. 48. №4. 2018. P. 233–239.

2. Farrugia, D. Modelling central consolidation during hot rolling of cast products. Key Engineering Materials. 2016, Vol. 716. P. 728-735.

3. Manufacture of long products from continuously cast billets / Rashnikov, V.F., Seleznev, I.V., Radyukevich, K.L. and oth. Stal'. 2012, Vol. 12. P. 57-60.

4. Ji, Y., Tang, H., Lan, P., Shang, C., Zhang, J. Effect of Dendritic Morphology and Central Segregation of Billet Castings on the Microstructure and Mechanical Property of Hot-Rolled Wire Rods. Steel Research International. 2017, Vol. 88 (8), paper № 1600426.

5. Мартьянов Ю. А. Исследование выкатываемости продольных дефектов сортовой заготовки / Ю. А. Мартьянов, А. В. Теляков, Ю. Т. Рубцов, О. Ю. Ефимов, В. В. Гречин // Сталь, 2006. № 2. С. 33-34.

6. Перетятько В. Н. Исследование формоизменения продольных дефектов при прокатке на непрерывном мелкосортном стане / В. Н. Перетятько, Ю. А. Мартьянов, А. А. Уманский, А. А. Федоров // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2008. №8. С. 12-16.

7. Minaev, A.A. Unit for accelerated cooling of reinforcement bars in the line of a 330 mill after deformation / A.A. Minaev, A.G. Nosanev, E.N. Smirnov, P.F. Bublik, V.V. Shishkevich // Metallurgist. 1990. №1. Р. 32.

8. Smirnov E. N., Sklyar V. A., Smirnov O. E., Belevitin V. A., Pivovarov R. E. Research of the behavior of macrostructure defects of the predeformed continuous cast billets during rolling // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenij. Chernaya Metallurgiya. Vol. 61. №5. 2018. P. 399-407.

9. Smirnov E. N., Sklyar V. A., Smirnov A. N., Belevitin V. A., Eron’ko S. P., Pivovarov R. E. Effects of Decreasing the Initial Rolling Temperature in Three-High Roughing Stands // Steel in translation. Vol. 48. №6. 2018. P. 381–387.

10. Серов А.И. Исследование влияния способа порезки непрерывнолитых заготовок на кратные длины перед прокаткой на растрескивание торцов при горячем деформировании в калибрах / А.И. Серов, Е.Н. Смирнов, В.А. Скляр, А.Н. Смирнов и др. // Технология металлов. 2018. №5. С. 8-14.

11. Рудской А. И. Теория и технология прокатного производства / А. И. Рудской, В. А. Лунев. - СПб. : Наука, 2008. - 527 с.

12. Серов А.И. Создание и развитие электрометаллургического комплекса ООО «Электросталь» (г. Курахово, Украина) // Металлы и литье Украины. 2010. № 9/10. С. 10–14.

13. Исаев О.Б. Влияние углерода и малых примесей цветных металлов на качество непрерывнолитой заготовки // Металлург. 2009.№ 9. С. 69-72.

14. Клименко В.М., Вейсбейн А.Д., Минаев А.А. Поля температуры по сечению раската при прокатке / Сталь. 1977. № 4. С. 348-349.

15. Температурное поле металла при прокатке на обжимных станах / В.М. Клименко, А.А. Минаев, А.Д. Вейсбейн, В.А. Темнохуд. – В кн.: Обрабатываемость стали в горячем состоянии. Острава. 1978, С. 353-360.

16. Чижиков, Ю.М. Прокатываемость стали и сплавов / Ю. М. Чижиков. - М. : Металлургииздат, 1961. 451 с.

17. Volodymyr Kukhar, Victor Artiukh, Andrey Butyrin, & Andrii Prysiazhnyi. (2018). Stress-Strain State and Plasticity Reserve Depletion on the Lateral Surface of Workpiece at Various Contact Conditions during Upsetting, Advances in Intelligent Systems and Computing. Springer. 2018, Vol. 692. P. 201–211. https://doi.org/10.1007/978-3-319-70987-1_22.

18. Kukhar V., Artiukh V., Serduik O., Balalayeva E. Form of Gradient Curve of Temperature Distribution of Lengthwise the Billet at Differentiated Heating before Profiling by Buckling // Procedia Engineering. Vol. 165. 2016, P. 1693–1704.

19. Минаев А.А., Смирнов Е.Н. Белевитин В. А., Савицкий О.С. Исследование полей деформации при прокатке овальных заготовок с неравномерным распределением температуры по сечению // Известия вузов. Чёрная металлургия. 1992. № 6. С. 20-24.

20. Wallero А., Closing of a central longitudinal pore in hot rolling, J. Mech. Work. Technology, Vol. 12. 1985. P. 233-242.

21. Tanaka M., Ono S., Tsuneno M. A numerical analysis on void crushing during side compression of round bar by flat dies, J. Jpn. Soc. Technol. Plasticity, Vol. 28. 1987. Р. 238-244.

22. Wang А., Thomson P. F., Hodgson P. D. A study of pore closure and welding in hot rolling process, J. Mater. Process. Technology, Vol. 60. 1990. P. 95-102.

23. Hamzah S., Stahlberg U. A new pore closure concept for the manufacturing of heavy rings, J. Mater. Process. Technology. Vol. 110. 2001. P. 324-333.

24. Banaszek G., Stefanik A. Theoretical and laboratory modeling of the closure of metallurgical defects during forming of a forging, J. Mater. Process. Technology. Vol. 177. 2006. P. 238-242.

25. Park J.: Prediction of void closure in a slab during various deformation processes, Journal of Mechanical Science and Technology. Vol.25. 2011. P. 2871-2876.

26. Experimental determination of heat transfer coefficients in roll bite and air cooling for computer simulations of 1100MPa carbon steel rolling / Leinonen O., Ilmola J., Seppälä O., and oth. // AIP Conference Proceedings, 2018. Vol. 1960. paper № 170009.

27. Stetina J., Kavicka F. Numerical model of heat transfer and mass transfer during the solidification of a concasting steel. ASME/JSME 2011 8th Thermal Engineering Joint Conference. 2011. P.171-179.

28. Chen Y., Liu X., Silaen A.K., Johnson K., Zhou C.Q. Investigation of combustion and heat transfer in an industrial reheating furnace using CFD. Minerals, Metals and Materials Series, Part F3. 2018. P. 187-198.

29. Rout M., Pal S.K., Singh S.B. Finite element modeling of hot rolling: Steady- and unsteady-state analyses. Computational Methods and Production Engineering: Research and Development. 2017. P. 83-124.

30. Самойлович Ю.А., Типошпольский В.И. Нагрев стали: справочное пособие. – Мн.: Выш. шк. 1990. 314 с.