Исследование влияния параметров деформации на качество сортовых заготовок и мелющих шаров при их производстве из отбраковки рельсовых сталей

Проведенными исследованиями установлены закономерности влияния параметров прокатки сортовых заготовок и мелющих шаров при их производстве из отбраковки рельсовой стали марки К76Ф на вероятность образования дефектов в процессе деформации. Моделирование процесса прокатки сортовых заготовок из отбраковки непрерывно литых слитков рельсовой стали указанной марки в программном комплексе DEFORM-2D позволило установить значимое влияние на вероятность образования дефектов, характеризуемое максимальным по сечению раскатов значением критерия Кокрофта-Лэтэма, следующих параметров: частные коэффициенты вытяжки по проходам, частота кантовок раската, температура прокатки. Увеличение коэффициентов вытяжки (обжатий) по проходам за счет интенсификации режима прокатки и повышение частоты кантовок позволяет уменьшить вероятность образования дефектов в процессе прокатки за счет снижения температурной неоднородности по сечению раскатов. Установленное влияние повышения температуры на снижение вероятности образования дефектов обусловлено повышением пластичности рассматриваемой рельсовой стали. На основании полученных данных сформулированы общие рекомендации по направлениям совершенствования режимов прокатки сортовых заготовок из отбраковки рельсовых сталей и ограничения их применения на практике. На основании результатов моделирования прокатки мелющих шаров из отбраковки рельсовой стали на стане поперечно-винтовой прокатки установлено значимое влияние повышения температуры деформации на снижение трещинообразования в осевой зоне шаров, обусловленное увеличением пластичности стали. С использованием результатов, полученных при моделировании, разработан новый режим прокатки мелющих шаров из отбраковки рельсовой стали марки К76Ф, обеспечивающий повышение ударной стойкости мелющих шаров при сохранении высокой поверхностной твердости. Эффективность нового режима прокатки мелющих шаров из отбраковки рельсовой стали подтверждается результатами его опытно-промышленного опробования в условиях шаропрокатного стана ОАО «Гурьевский металлургический завод».

1. Крутилин А.Н., Бестужев Н.И., Бестужев А.Н., Каленкович Д.Н. Мелющие тела. Проблемы. Перспективы // Литье и металлургия. 2009. № 4 (53). С. 26–33.

2. Рахутин М.Г., Бойко П.Ф. Пути совершенствования методов оценки основных характеристик мелющих шаров // Уголь. 2017. № 12. С. 49–52. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2017-12-49-52

3. Aldrich C. Consumption of steel grinding media in mills – A review // Minerals Engineering. 2013. Vol. 49. P. 77–91. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2013.04.023

4. Kotenok V.I., Podobedov S.I. Energy-efficient design of rolls for ball-rolling mills // Metallurgist. 2001. Vol. 45. No. 9-10.

5. P. 363–367. https://doi.org/10.1023/A:1017920006038

6. Перетятько В.Н., Климов А.С., Филиппова М.В. Калибровка валков шаропрокатного стана. Сообщение 1 // Известия вузов. Черная металлургия. 2013. Т. 56. № 4. С. 27–30. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2013-4-27-30

7. Найзабеков А.Б., Мухаметкалиев Б.С., Арбуз А.С., Лежнев С.Н. Снижение расхода стальных мелющих шаров путем улучшения технологии их производства // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2016. № 4 (46). С. 78–86.

8. Ефременко В.Г. Металлографический анализ причин разрушения стальных катаных тел для барабанных мельниц // Вестник Приазовского государственного технического университета. 2000. № 9. С. 89–91.

9. Bai X., Jin Y. Heat treatment of wear resistant steel ball for large ball mill // Jinshu Rechuli/Heat Treatment of Metals. 2017. Vol. 42. No. 5. P. 193–196. https://doi.org/10.13251/j.issn.0254-6051.2017.05.040

10. Lam M.M., Serov A.I., Smyrnov Y.N., Ternavskii A.N., My­kheiev V.V. Production of hard (class V) grinding balls at PJSC “DMPZ” // Steel in Translation. 2017. Vol. 47. No. 5. P. 325–329. https://doi.org/10.3103/S0967091217050072

11. Umucu Y., Deniz V. The effect of ball type in fine particles grinding on kinetic breakage parameters // Inzynieria Mineralna. 2015. Vol. 16. No. 1. P. 197–203.

12. Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Cyganek Z., Andrietti S., Barbelet M. An innovative method for producing balls from scrap rail heads // International Journal of Advanced Manufacturing Techno­logy. 2018. Vol. 97. No. 1-4. P. 893–901. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2007-9

13. Tomczak J., Pater Z., Bulzak T. The flat wedge rolling mill for forming balls from heads of scrap railway rails // Archives of Metallurgy and Materials. 2018. Vol. 63. No. 1. P. 5–12. https://doi.org/10.24425/118901

14. Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. A cross wedge rolling process for forming 70 mm diameter balls from heads of scrap railway rails // Procedia Manufacturing. 2017. No. 11. P. 466–473. https://doi.org/10.1016/J.PROMFG.2017.07.137

15. Головатенко А.В., Волков К.В., Александров И.В., Кузнецов Е.П., Дорофеев В.В., Сапелкин О.И. Ввод в эксплуатацию универсального рельсобалочного стана и освоение технологии производства рельсов на современном оборудовании в рельсобалочном цехе ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2014. № 6 (1374). С. 32–38.

16. Уманский А.А., Симачев А.С., Думова Л.В. Разработка технологии производства мелющих тел с повышенными эксплуатационными свойствами из отбраковки рельсовых сталей // Черные металлы. 2021. Т. 2021. № 5. С. 57–62. https://doi.org/10.17580/chm.2021.05.10

17. Баранов Н.А., Тулупов О.Н. Производство мелющих шаров из рельсовой стали // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2017. Т. 1. С. 96–99.

18. Харламов А.А., Латаев А.П., Галкин В.В., Уланов П.В. Моделирование обработки металлов давлением с помощью комплекса «DEFORM» // САПР и графика. 2005. № 5. С. 2–4.

19. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.: Мир, 2006. 464 с.

20. Kobayashi S., Oh S.-Ik, Altan T. Metal Forming and the Finite-Element Method. Oxford: Oxford University Press, 1989. 333 p. https://doi.org/10.1093/oso/9780195044027.001.0001

21. Cockcroft M.G., Latham D.J. Ductility and workability of metals // Journal of the Institute of Metals. 1968. Vol. 96. P. 33–39.

22. Уманский А.А., Головатенко А.В., Темлянцев М.В., Дорофеев В.В. Экспериментальные исследования пластичности и сопротивления деформации хромистых рельсовых сталей // Черные металлы. 2019. Т. 2019. № 6. С. 24–28.

23. Уманский А.А., Темлянцев М.В., Симачев А.С., Думова Л.В. Исследование влияния микроструктуры непрерывнолитых заготовок рельсовой стали К76Ф на сопротивление пластической деформации // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2020. № 2. С. 32–37.

24. Губанова Н.В., Карелин Ф.Р., Чопоров В.Ф., Юсупов В.С. Исследование процесса прокатки в геликоидальных валках методом математического моделирования в программе DEFORM 3D // Металлы. 2011. № 2. С. 24–30.

25. Филиппова М.В., Перетятько В.Н., Сметанин С.В. Усилия и напряжения при прокатке шара // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 8. С. 587–588. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-8-587-588