Исследования закономерностей течения металла и трансформации дефектов при прокатке в черновых клетях универсального рельсобалочного стана

Проведенными в условиях лабораторного прокатного стана экспериментальными исследованиями определены закономерности процессов течения металла и выкатываемости дефектов заготовок при деформации в черновых клетях универсального рельсобалочного стана. Применительно к ящичным калибрам, а также к калибрам типов «лежачая трапеция» и «трапеция» установлены значительная неравномерность коэффициентов вытяжки поверхностных слоев раската по длине и ширине, неравномерность вытяжки по сечению раската при прокатке. Показано, что в процессе деформации наибольшей вытяжке подвергаются поверхностные зоны, прилегающие к торцам раската, а зависимость неравномерности коэффициентов вытяжек по сечению раската от формы очага деформации имеет выраженный степенной характер. Установлено значимое влияние на выкатываемость поверхностных дефектов коэффициента вытяжки, а также расположения и пространственной ориентации дефектов заготовок, при этом показано, что геометрические размеры дефектов не оказывают значимого влияния на коэффициенты их выкатываемости. Согласно полученных данных наиболее интенсивно как по глубине, так и по ширине выкатываются продольные относительно направления прокатки дефекты, расположенные на ребрах раската, а наименее интенсивно - поперечные дефекты; при этом выкатываемость любых дефектов увеличивается при повышении коэффициента вытяжки. Определено, что вблизи боковых кромок раската происходит увеличение ширины (раскрытие) поперечных и наклонных относительно оси прокатки дефектов, также раскрытие дефектов имеет место на концевых участках раската применительно к продольным дефектам. Для внутренних дефектов установлено, что аналогично поверхностным дефектам увеличение коэффициента вытяжки при прокатке способствует повышению их выкатываемости, при этом коэффициент выкатываемости внутренних дефектов по абсолютной величине значительно ниже данного показателя для поверхностных дефектов. Определено, что минимальный коэффициент выкатываемости внутренних дефектов имеет место при их расположении в сердцевине образца, при этом коэффициент выкатываемости таких дефектов линейно увеличивается при движении к поверхности раската. Влияние расположения, пространственной ориентации и коэффициента вытяжки на выкатываемость поверхностных и внутренних дефектов обобщены в виде уравнений регрессии, что дает возможность их практического применения для прогнозирования качества готового металлопроката при изменении режимов прокатки.

1. Перетятько В.Н., Рогов Ю.Е., Журавлев Б.К., Нефедов В.М. Выработка поверхностных дефектов в ящичных калибрах // Известия вузов. Черная металлургия. 2011. № 2. С. 26-29.

2. Зильберг Ю.В., Миленин А.А. Теоретическое и экспериментальное исследование формоизменения поверхностных впадин при прокатке // Известия вузов. Черная металлургия. 1998. № 2. С. 27-29.

3. Зильберг Ю.В. Исследование закономерностей формоизменения поверхностных дефектов при прокатке // Сталь. 1997. № 10. С. 44-46.

4. Егоров В.Д., Тимофеев В.В., Зудов Е.Г., Смирнов В.К., Павлов Б.Р. Выкатываемость дефектов при прокатке крупносортной стали // Сталь. 1995. № 1. С. 32-34.

5. Щербаков В.И., Филиппов В.В., Тищенко В.А., Титов М.И. Вы-катываемость дефектов при прокатке заготовок на стане 850 РУП «БМЗ» // Литье и металлургия. 2001. № 4. С. 122-126.

6. Sobczak K., Dyja H., Kawalek A. The influence of the shape of grooves on the intensity of closing axial material discontinuities during rolling // Archives of Metallurgy and Materials. 2015. Vol. 60. No. 1. P. 461-468. https://doi.org/10.1515/amm-2015-0075

7. Dyja H., Sobczak K., Kawalek A. The influence of the shape of grooves on the behavior of internal material discontinuities in continuous S355J2G3 steel strands during rolling // Metalurgija. 2014. Vol. 53. No. 4. P. 501-504.

8. Dyja H., Sobczak K., Kawalek A., Knapinski M. The analysis of the influence of varying types of shape grooves on the behaviour of internal material discontinuities during rolling // Metalurgija. 2013. Vol. 52. No. 1. P. 35-38.

9. Tripathy P.K., Das S., Jha M.K., Singh J.B, Kumar A.M., Das A.K. Migration of slab defects during hot rolling // Ironmaking and Steelmaking. 2006. Vol. 33. No. 6. P. 477-483. https://doi.org/10.1179/174328106X118134

10. Keife H., Stahlberg U. Influence of pressure on the closure of voids during plastic deformation // Journal of Mechanical Working Technology. 1980. Vol. 4. No. 2. P. 133-143. https://doi.org/10.1016/0378-3804(80)90031-5

11. Sukumar N., Chopp D.L., Moёs N., Belytschko T. Modeling holes and inclusions by level sets in the extended finite-element method // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2001. Vol. 190. No. 46-47. P. 6183-6200. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(01)00215-8

12. Riedel U.T., Bleck W., Morgan J.E., Guild F.J., McMahon C.A. Finite element modelling of the effect of non-metallic inclusions in metal forming processes // Computational Materials Science. 1999. Vol. 16. No. 1-4. P. 32-38. https://doi.org/10.1016/s0927-0256(99)00043-9

13. Banaszek G., Berski S., Dyja H., Kawalek A. Theoretical modelling of metallurgical defect closing-up processes during forming a forging // Journal of Iron and Steel Research International. 2013. Vol. 20. No. 9. P. 111-116. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(13)60165-X

14. Stahlberg U., Keife H., Lundberg M., Melander A. A study of void closure during plastic deformation // Journal of Mechanical Working Technology. 1980. Vol. 4. No. 1. P. 51-63. https://doi.org/10.1016/0378-3804(80)90005-4

15. Banaszek G., Stefanik A., Berski S. Computer and laboratory modelling of the analysis of closing up of metallurgical defects ingots during free hot forging // Metalurgija. 2005. Vol. 44. No. 1. P. 25-29.

16. Логинов Ю.Н., Еремеева К.В. Прокатка заготовки с одиночно расположенной в объеме порой // Заготовительное производство в машиностроении. 2009. № 11. С. 33-37.

17. Перетятько В.Н., Литвин С.Г., Пятайкин Е.М. Влияние разрезки на положение центральной пористости в рельсах Р65 // Известия вузов. Черная металлургия. 2003. № 4. С. 36-38.

18. Юрьев А.Б., Годик Л.А., Нугуманов Р.Ф., Козырев Н.А., Корнева Л.В. Изучение трансформации дефектов непрерывнолитой заготовки при производстве рельсов // Известия вузов. Черная металлургия. 2009. № 2. С. 42-44.

19. Браунштейн Е.Р., Перетятько В.Н. Выработка поверхностных дефектов при прокатке рельсов // Известия вузов. Черная металлургия. 1997. № 8. С. 32-35.

20. Поляков В.В., Великанов А.В. Основы технологии производства железнодорожных рельсов. М.: Металлургия, 1990. 416 с.

21. Toschi F., Lainati A., Mazzarano A. The production of railway rails in modern and efficient plants - The new ARBZ rail mill // AIS-Tech - Iron and Steel Technology Conference Proceedings. 2017. No. 3. P. 2543-2552.

22. Lainati A., Giacomini L.E. The rolling mill for rails and structural sections at ARBZ // AISTech - Iron and Steel Technology Conference Proceedings. 2018. May. P. 2443-2454. https://doi.org/10.5151/1983-4764-31401

23. Kumar P., Singh A.P., Gupta I.N.P., Dubey P.K. Up-grading reheating furnaces at the rail & structural mill of Bhilai Steel Plant // Steel Times International. 2010. Vol. 34. No. 2. P. 38-42.

24. Guo Y., Xie Z., Wang Y., Tao G., Yang Q. Study on optimization model of rolling parameters of high speed rail by universal mill // Zhongguo Jixie Gongcheng / China Mechanical Engineering. 2010. Vol. 21. No. 10. P. 1200-1202.

25. Guo Y.-J., Xie Z.-J., Wang Y.-Z., Tao G.-M. Multiplex analytical method for metal three-dimensional flow of heavy rail rolling by universal mill // Chongqing Daxue Xuebao / Journal of Chongqing University. 2010. Vol. 33. No. 1. P. 31-35.

26. Dong Y., Zhang W., Song J. Theoretical and experimental research on the elongation law of the rail in rail rolling by a universal mill // Journal of Mechanical Engineering. 2010. Vol. 46. No. 6. P. 87-92.

27. Кадыков В.Н., Уманский А.А., Мартьянов Ю.А. Исследование формоизменения поверхностных дефектов при прокатке в сортовых калибрах // Известия вузов. Черная металлургия. 2013. № 6. С. 8-12.

28. Уманский А.А., Мартьянов Ю.А. Оптимизация режимов прокатки на мелкосортном стане 250-2 // Металлург. 2014. № 6. С. 108-113.

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

30. Уманский А.А., Кадыков В.Н., Мартьянов Ю.А. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния металла при прокатке в сортовых калибрах // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 2. С. 10-14.