Оценка качества стальных трехслойных биметаллических полос при получении на установке непрерывного литья и деформации

В работе обосновываются актуальность создания и задачи повышения качества высокопроизводительных непрерывных процессов производства биметаллов. Получение стальных трехслойных биметаллических полос на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации происходит в две стадии технологии. В статье даются рекомендации по ведению технологического процесса высокого качества. Рекомендации включают постановку задачи; исходные данные для определения температуры стальной основной полосы, напряженно-деформированного состояния металлов плакирующих слоев и полосы в очаге деформации трехслойного биметаллического слитка. Приводятся модель для расчета и методика решения задач теплопроводности и упругопластичности. Установлена закономерность изменения температуры основной стальной полосы при ее прохождении через расплав металла плакирующего слоя, определено напряженно-деформированное состояние металлов основной полосы и плакирующих слоев в очаге деформации. Авторами определены величины обжатия основной стальной полосы и взаимного смещения слоев при обжатии бойками установки биметаллического слитка, а также закономерности распределения осевых и касательных напряжений по линии контакта плакирующего слоя с бойком. Результаты исследования процесса получения биметалла сталь 09Г2С - сталь 13ХФА - сталь 09Г2С на опытно-промышленной установке непрерывного литья и деформации продемонстрировали соединение слоев без видимых в зоне контакта макродефектов, расслоений и однородную и мелкозернистую структуру металла плакирующих слоев.

1. Судник А.В., Петров И.В., Галиновский А.Л., Колпаков В.И., Моисеев В.А. Перспективные направления применения биметаллов в машиностроении // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2015. № 2. С. 80-88.

2. Лехов О.С., Михалев А.В. Установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации для производства листов из стали для сварных труб. Теория и расчет. Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2017. 151 с.

3. Лехов О.С., Михалев А.В., Шевелев М.М. Исследование процесса получения трехслойных стальных биметаллических полос на установке непрерывного литья и деформации. Сообщение 1 // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 8. С. 594-599. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-8-594-599

4. Лехов О.С., Михалев А.В., Шевелев М.М. Исследование процесса получения трехслойных стальных биметаллических полос на установке непрерывного литья и деформации. Сообщение 2 // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 10. С. 763-768. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-10-763-768

5. Лехов О.С., Гузанов Б.Н., Михалев А.В., Шевелев М.М., Билалов Д.Х. Технология получения многослойных стальных полос на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации // Сталь. 2019. № 11. С. 70-74.

6. ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 15.0.

7. Плохих А.П., Пустырский С.В. Моделирование процесса пластической деформации многослойных металлических материалов. В кн.: Сб. докладов Международного научно-технического конгресса «ОМД 2014». Фундаментальные проблемы. Инновационные материалы и технологии». Ч. 1. М.: изд. ООО «Белый ветер», 2014. С. 221-226.

8. Takashima Y., Yanagimoto I. Finite element analysis of flange spread behavior in H-beam universal rolling // Steel Research International. 2011. Vol. 82. No. 10. P. 1240-1247. https://doi.org/10.1002/srin.201100078

9. Karrech A., Seibi A. Analytical model of the expansion in of tubes under tension // Journal of Materials Processing Technology. 2010. Vol. 210. No. 2. P. 336-362. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.09.024

10. Kazakov A.L., Spevak L.F. Numerical and analytical studies of nonlinear parabolic equation with boundary conditions of a special form // Applied Mathematical Modelling. 2013. Vol. 37. No. 10-11. P. 6918-6928. https://doi.org/10.1016/j.apm.2013.02.026

11. Kobayashi S., Oh S.-I., Altan T. Metal Forming and Finite-Element Method. New York: Oxford University Press, 1989. 377 p.

12. Jansson N. Optimized sparse matrix assembly in finite element solvers with one-sided communication // High Performance Computing for Computational Science. VECPAR 2012. Berlin, Heidelberg: Springer. 2013. P. 128-139.

13. 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 Technol. Conf., Pittsburgh, Pa, 28-31 March 1982, New York. 1982. P. 264-270.

14. 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. Vol. 72. No. 1. P. 32-41. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(97)00126-X

15. Marciniak Z., Duncan J.L., Hu S.J. Mechanics of Sheet Metal Forming. Oxford: Butterworth-Heinemann Elsevier Ltd, 2002. 211 p.

16. Эренберг Х.-Ю. Литье и обжатие с разливки тонких слябов на заводе фирмы «Маннесман ререн-верке АГ». В кн.: Металлургическое производство и технология металлургических процессов. М.: Металлургия, 1990. С. 46-56.

17. Fujii Н., Ohashi Т., Hiromoto Т. On the formation of the internal cracks in continuously cast slabs // Transact. Iron and Steel Inst. Japan. 1978. Vol. 18. No. 8. P. 510-518. https://doi.org/10.2355/isijinternational1966.18.510

18. Sorimachi К., Emi Т. Elastoplastic stress analysis of bulging as a major cause of internal cracks in continuously cast slabs // Tetsu-to-Hagane. 1977. Vol. 63. No. 8. P. 1297-1304. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.63.8_1297

19. Слюсарев М.В. Исследование параметров качества биметаллических листов // Вестник ВолГУ. 2007. Серия 9. Вып. 6. С. 176-184.

20. Шляхова Г.В., Баранникова С.А., Бочкарева А.В., Ли Ю.В., Зуев Л.Б. Исследование структуры биметалла конструкционная углеродистая сталь - нержавеющая сталь // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 4. С. 300-305. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-4-300-305