Аннотация: Представлены результаты численного моделирования процесса переменного бокового обжатия полос в вертикальной клети черновой группы широкополосного стана горячей прокатки, выполненного в рамках разработки инженерной методики расчета деформационных режимов, направленных на сокращение величины отрезки концевых участков и повышение выхода годного металла. Моделирование выполнено в программном комплексе DeForm-3D на основе метода конечных элементов для сляба сечением 1290×250 мм. Адекватность модели подтверждена сравнением профиля ширины виртуального подката после клети № 5 с данными промышленных измерений. Численное моделирование подтвердило эффективность технологии переменного бокового обжатия для минимизации геометрических отклонений на концевых участках подката в черновой группе широкополосного стана горячей прокатки. Наилучшие результаты показал режим с увеличенной длиной и величиной компенсирующего развода вертикальных валков. При прокатке полос из сляба сечением 1290×250 мм в клети № 5 непрерывного широкополосного стана определены рациональные параметры переменного бокового обжатия: увеличение раствора вертикальных валков на 15–20 % относительно номинального значения на протяженных участках в начале и конце полосы. Разработанный деформационный режим позволяет снизить заужение переднего участка до 7 мм и минимизировать до 114,6 мм образование продольных выступов («усов») на заднем участке проката. На основе выявленных закономерностей предложены практические рекомендации по настройке режимов переменного обжатия для сокращения величины отрезки начала и конца полосы и повышения выхода годного металла. Полученные результаты представляют практическую основу для внедрения технологии переменного бокового обжатия с целью повышения эффективности производства.

Аннотация: При прокатке полос на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки наиболее часто встречающимися нарушениями геометрических параметров полос в черновой группе клетей являются клиновидность профиля поперечного сечения и связанная с ней серповидность формы полос, а в чистовой группе клетей — неудовлетворительная выпуклость профиля поперечного сечения и связанная с ней неплоскостность формы полос. «Серповидность» — плавное искривление полосы в форме дуги в горизонтальной плоскости. Данный дефект тесно связан с дефектом формы профиля поперечного сечения полос, который называют «клиновидность». Основными причинами появления клиновидности профиля поперечного сечения горячекатаных полос являются вертикальный и горизонтальный перекос рабочих валков, появляющийся из-за погрешностей установки валковой арматуры, износа рабочих поверхностей проемов станины черновой клети, неравномерности нагрева полос по ширине с приводной стороны и стороны перевалки. Клиновидность профиля поперечного сечения горячекатаных полос начинает формироваться с первых клетей черновой группы, при этом серповидность, вызванная клиновидностью, проявляется не сразу на выходе первых клетей черновой группы, а на выходе последней черновой клети, когда полоса попадает на промежуточный рольганг. Неплоскостность горячекатаных полос чаще всего проявляется в виде двух разновидностей: краевой волнистости и центральной коробоватости. Выполнена оценка уменьшения неравномерности распределения вытяжек по ширине полосы при горячей прокатке из-за поперечного перемещения металла в очаге деформации вариационным методом.

Аннотация: Профилировка бочки рабочего валка компенсирует упругую деформацию валковой системы и неравномерную тепловую выпуклость по длине этой бочки, а также обеспечивает «наследственную» форму поперечного профиля, реализуя таким образом выпуск плоской полосы. На основании известной модели показателей плоскостности рассмотрено влияние формы продольного сечения бочек валков в клетях непрерывного стана холодной прокатки на качество готового проката. Известно, что наиболее существенное воздействие на качество формы катаной стальной полосы оказывают усилия прокатки и профилировки бочек валков с учетом их износа. На примере производства полос толщинами от 0,3 до 1,2 мм и шириной 1250 мм в условиях пятиклетевого стана 1700 показано, что изменение профилировок в первых и промежуточных клетях стана способно существенно повлиять на плоскостность готовых полос, не изменив и не ухудшив при этом их поперечный профиль. Такая особенность обоснована низкой жесткостью полосы в этих клетях и большими значениями усилий прокатки, что в совокупности с профилировкой бочки формирует значимое воздействие на форму полосы. С помощью расчетов по известной модели изменения профилировок в клетях непрерывного стана холодной прокатки ранжированы по степени воздействия на плоскостность готового плоского стального проката. Сформулирован алгоритм корректировки профилировок бочек рабочих валков вследствие возникновения сверхнормативной неплоскостности катаной полосы. Эффективность предложенного способа корректировки профилировок подтверждена теоретически путем расчетов по известной модели. Применение алгоритма корректировки позволило уменьшить амплитуду неплоскостности катаной стальной полосы от 12 до 2 мм. Результаты работы могут быть использованы при выборе выпуклостей бочек валков станов холодной прокатки.

Аннотация: Разработан формализованный способ предварительной настройки параметров систем осевой сдвижки валков (CVC) и гидроизгиба рабочих валков (WRB) для многоклетевого стана холодной прокатки, обеспечивающий высокую плоскостность полос из высокопластичных IF-сталей. Актуальность решения обусловлена возникновением дефектов плоскостности (коробоватости, волн) ввиду неоптимального управления профилем межвалкового зазора, особенно в последней клети, где сопротивление деформации максимально, а обжатие минимально. Существующие системы автоматического управления не обеспечивают эффективной компенсации наследственных дефектов геометрии горячекатаного подката. Основу предложенного способа составляет расчет условного показателя качества горячекатаного подката X, интегрирующего его ключевые геометрические параметры: максимальное смещение вершины профиля, минимальный левый и правый клин поперечного профиля, ширину полосы, а также температуру конца прокатки и смотки подката. На основе значения X по полученным регрессионным зависимостям рассчитывают оптимальные начальные значения осевого смещения валков в предпоследней и последней клетях, а также усилия изгиба в последней клети до начала прокатки каждого рулона. Промышленная апробация на четырехклетевом стане 2100 подтвердила эффективность разработанного способа: для полос шириной 1400–1640 мм гарантированно получено стабильное качество прокатки без дефектов, при этом базовая технология приводила к браку. Внедрение способа позволяет интегрировать оптимальные уставки в технологический процесс, значительно снизить объем несоответствующей продукции и получить годовой экономический эффект, превышающий 4 млн руб.

Аннотация: Современное металлургическое производство отличается широкой номенклатурой производимой продукции. Производственный процесс металлургического предприятия организован таким образом, что заготовка, получаемая на первых стадиях технологического цикла, является передельной для последующих этапов получения готовой продукции. Такая организация производства требует использования специальных подходов к проектированию режимов технологических операций в целях обеспечения необходимого уровня свойств и показателей качества передельной заготовки на всех этапах полного цикла производства металлопродукции. Стальной металлопрокат получают последовательно обработкой на станах горячей, а затем холодной прокатки. При этом один и тот же вид горячекатаного стального проката может являться передельной заготовкой для получения стальной ленты различного назначения. Поэтому на стадии горячей прокатки должны быть обеспечены такие свойства и микроструктура горячекатаного проката, которые позволяют получить готовую стальную ленту заданного качества. Режимы горячей прокатки отличаются широкой возможностью вариативности, что позволяет адаптировать их к режимам последующей холодной прокатки. Рассмотрены варианты технологической адаптации показателей качества исходной заготовки для управления свойствами горячекатаного рулонного подката из стали марок 50 и 65Г и низколегированных сталей марок 30Г2 и 35Г2 для обеспечения необходимой микроструктуры. Показано, что адаптация режимов горячей прокатки заключается в регламентации охлаждения поверхности в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с учетом толщины горячекатаного проката либо регламентации температур конца прокатки и смотки полосы в рулон, а также деформационных режимов черновой и чистовой горячей прокатки в узких диапазонах, с учетом особенностей химического состава стали.

Аннотация: Приведены результаты экспериментальных исследований сопротивления срезу слоев передельной цилиндрической биметаллической заготовки по плоскости соприкосновения основного (сердечник из стали 45) и плакирующего (оболочка из стали 12Х18Н10Т, объемная доля 22 %) слоя при совместной горячей прокатке (пакетной прокатке) по системе калибров «ромб – квадрат». С целью установления необходимой длины удаляемых частей раската изучено влияние неустановившегося процесса прокатки на прочность соединения слоев в поперечных сечениях биметалла на расстояниях 150, 300 и 450 мм от переднего и заднего концов раската сечением 50×50 мм. Методами статистической обработки экспериментальных данных показано, что удаление переднего и заднего концов раската длиной 300 мм, при достижении напряжений среза в среднем τср = 300–330 МПа, гарантирует в дальнейшем получение биметаллической катанки с требуемой прочностью соединения слоев для успешного производства проволоки. Установлена неравномерность распределения оболочки вокруг сердечника в биметаллической катанке диаметром 14,2 мм, полученной совместной горячей прокаткой составной цилиндрической заготовки «сталь 45 + 12Х18Н10Т» по системе калибров «овал – квадрат». Методом компьютерного моделирования процесса прокатки с использованием программного комплекса SIMULIA/Abaqus показаны повышение равномерности распределения оболочки вокруг сердечника, а также улучшение проработки металла при осуществлении первоначальной прокатки по системе калибров «круг – круг», «круг – овал» и затем по системе «овал – квадрат» со значениями вытяжек 1,136, 1,263 и 1,282 соответственно, и окончательно по системе «предчистовой овал – круг – круг» со значениями вытяжек 1,2, 1,148 и 1,14 соответственно.

Аннотация: Проведено конечно-элементное компьютерное моделирование процессов горячей прокатки полосы по различным схемам: первая — симметричная, вторая — с асимметрией диаметров валков, третья — со скоростной асимметрией. По результатам моделирования, выполненного в вычислительной среде QForm, разработана методика, позволяющая определять положение и длину зоны прилипания в процессе прокатки. Данная методика основана на анализе изменения параметров напряженно-деформированного состояния материала по длине геометрического очага деформации. Методика предполагает поиск области внутри геометрического очага деформации, в которой производные от выбранных параметров напряженно-деформированного состояния по длине геометрического очага деформации максимально приближены к нулю. В качестве критериев для оценки выбраны следующие параметры: накопленная деформация, интенсивность деформации, скорость деформации и критерий разрушения по модели Ойена. Использование разработанной методики позволило выявить ряд отличий и сходств по форме и длине зоны прилипания для смоделированных схем. При симметричной схеме прокатки зона прилипания занимает до 74 % от длины геометрического очага деформации и имеет форму, симметричную относительно оси прокатки. При прокатке с асимметрией диаметров валков форма зоны прилипания и ее положение меняются. В частности, зона приобретает несимметричный вид и наклоняется вперед по направлению прокатки, образуя угол, который при асимметрии диаметров валков достигает 2 град., а при асимметрии скоростей — 30 град. При этом наибольшая протяженность зоны прилипания в обоих случаях практически такая же, как и при симметричной прокатке. По результатам исследований установлено, что наибольшая длина зоны прилипания формируется при использовании критерия разрушения Ойена, а наименьшая — при использовании скорости деформации.

Аннотация: Обоснована актуальность проведения исследований, направленных на оптимизацию формы калибра при непрерывной безоправочной прокатке труб, что представляет собой важную задачу повышения качества трубной продукции. Особое внимание уделено проблеме рационального выбора геометрической конфигурации калибра с целью снижения как продольной, так и поперечной разнотолщинности стенки трубы. Для количественной оценки качества проката предложен обобщенный критерий оптимизации, основанный на совместном учете уровней продольной и поперечной разностенности. В рамках исследования разработана система ограничений на управляющие параметры процесса, в качестве которых выбраны эксцентриситет и угол выпуска калибра, при фиксированном межвалковом зазоре. Оптимизация выполнена с использованием компьютерного моделирования в программном комплексе QForm. Последовательный поиск оптимальных значений параметров проведен градиентным методом на основе полного факторного эксперимента. Полученные результаты показали, что предложенная оптимальная калибровка валков обеспечивает снижение обобщенного показателя разнотолщинности на 10 % по сравнению с действующей промышленной формой калибра, а также способствует более равномерному распределению толщины стенки как по длине раската, так и по окружности поперечного сечения трубы. Таким образом, применение разработанного подхода позволяет повысить стабильность технологического процесса и улучшить качество готовой продукции без проведения промышленных экспериментов. Результаты могут быть непосредственно использованы при разработке новых систем калибров для непрерывных безоправочных прокатных станов.

Аннотация: Неоднократно в различных публикациях было показано, что термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) может быть использована для контроля упругой и пластической деформации и физико-механических свойств металлов и сплавов. Поэтому достаточно актуальным является развитие представлений в этой области, особенно для холоднодеформированной стали, которая имеет широкое практическое применение. Задачей данного исследования было подтвердить (или опровергнуть) гипотезу о зависимости величины ТЭДС от распределения твердости по длине и ширине холоднокатаной ленты для оценки перспектив использования метода ТЭДС при изучении неоднородности механических свойств стальной полосы, полученной холодной прокаткой. Целью этого сообщения является разработка методики проведения исследований с использованием метода ТЭДС. Представлено описание оригинальной методики определения ТЭДС образцов холоднокатаной ленты из стали марки 08Ю с использованием модуля PocketJaw комплекса Gleeble 3500, отличающейся от известных тем, что для предотвращения возможного влияния электромагнитных полей на значения ТЭДС при нагреве прямым пропусканием электрического тока применялся специальный нагревательный элемент с передачей тепла от нагревательного элемента к исследуемым образцам по механизмам, моделирующим нагрев в печи. Предложен показатель степени температурной неоднородности образца, формализованный как ΔТ/ТС2, где в числителе — разница температур между «горячим» ТС2 и «холодным» ТС3 концами (ΔТ=ТС2–ТС3), а в знаменателе — абсолютное значение температуры в зоне нагрева ТС2. Доказано, что данный показатель оценивает величину ТЭДС независимо от термических условий проведения эксперимента. Показано, что использование показателя степени температурной неоднородности ΔТ/ТС2 позволило выявить закономерности изменения величины ТЭДС в процессе термического воздействия на холоднокатаную ленту. Установлено, что наибольшие значения ТЭДС наблюдаются при изотермической выдержке, характеризующейся максимальной температурой ТС2, при этом абсолютные значения ТЭДС, измеренной в разных образцах по длине и ширине ленты, различны, что подтверждает зависимость ТЭДС от состояния и характеристик материла холоднокатаной ленты.

Аннотация: Представлены результаты исследования структурообразования стали с трип-эффектом в процессе многократного волочения проволоки с использованием мультимасштабного конечно-элементного моделирования. На основании комплекса компьютерных моделей изучены особенности превращения остаточного аустенита в микроструктуре проволоки в мартенсит в зависимости от параметров напряженно-деформированного состояния в очаге деформации при различных вариантах построения маршрута распределения единичных обжатий, угла рабочего конуса волоки и скорости деформации. Продемонстрирована возможность гибкого управления структуроообразованием проволоки посредством варьирования параметров процесса деформации. Установлено, что для максимально возможного сохранения остаточного аустенита в микроструктуре стали, позволяющего получить новые эксплуатационные характеристики готовой проволоки, волочение необходимо осуществлять по маршрутам с линейным или комбинированным распределением единичных обжатий при пониженных скоростях и малых углах волочильного инструмента. Волочение на повышенных скоростях с применением максимально возможных углов волоки и повышенными единичными обжатиями позволяет полностью преобразовать пластичный остаточный аустенит в микроструктуре стали в более прочный мартенсит, обеспечивая достижение более высоких значений прочностных характеристик проволоки относительно рядовых и широко применяемых на данный момент среднеи низкоуглеродистых сталей.

Аннотация: Рассмотрено численное моделирование процесса охлаждения стопы плакированного толстолистового проката с использованием метода конечных элементов. Основной целью исследования является прогнозирование длительности охлаждения, необходимого для проведения противофлокенной обработки и охлаждения стопы до температуры 100 оС, после чего возможна разгрузка листового проката из участка замедленного охлаждения. Актуальность работы обусловлена тем, что неравномерность охлаждения в стопе, вызванная неплоскостностью листов, контактом с бетонным полом и другими технологическими факторами, напрямую влияет на качество конечной продукции. В ходе исследования разработана трехмерная модель на основе метода конечных элементов, учитывающая комплексный теплообмен (теплопроводность, конвекцию и излучение), переменные теплофизические свойства разнородных слоев биметалла (основной слой 06ХГ2НФБ (К60) и плакирующий 08Х18Н10Т), а также реалистичные условия производства: темп прокатки, неодновременное формирование стопы и шероховатость поверхностей. Модель была верифицирована и адаптирована по результатам лабораторного эксперимента, что позволило уточнить ключевые коэффициенты теплопередачи для контактов «сталь – сталь», «сталь – бетон» и «сталь – воздух». В результате моделирования ряда промышленных сценариев получены аналитические зависимости времени охлаждения стопы до 100 оC от основных технологических параметров. Установлено, что наибольшее влияние оказывают начальная температура листов и число листов в стопе (высота стопы), тогда как влияние темпа прокатки менее значительно. На основе полученных данных выведены эмпирические формулы, описывающие эти зависимости степенными и логарифмическими законами. Практическая значимость работы заключается в предоставлении инструмента для точного расчета технологических режимов охлаждения, что позволяет оптимизировать процесс, сократить продолжительность производства и минимизировать риск возникновения дефектов в биметаллическом прокате.

Аннотация: При оптимизации калибровок сортопрокатных валков необходимо использовать конструктивную математическую модель процесса прокатки, позволяющую рассчитывать формоизменение металла в калибрах и энергосиловые параметры прокатки, отвечающую требованиям универсальности, высокой точности и малой продолжительности расчета при компьютерной реализации. На основе изучения общих закономерностей построения калибровок валков различных профилей как простой, так и сложной формы, разработана универсальная геометрическая модель очага деформации, пригодная для анализа процесса прокатки заготовки с поперечным сечением любой формы в двухвалковом калибре также любой формы. Получены уравнения, описывающие границы такого очага деформации. Предложен метод разбиения очага деформации на характерные зоны, отличающиеся по геометрическим характеристикам участков калиброванных валков и по характеру происходящей деформации.

Аннотация: Предложена и опробована система мероприятий, направленных на обеспечение рациональной шероховатости тонколистового проката. Границы допуска на параметры шероховатости листовой стали рекомендовано определять с учетом ее влияния как на параметры качества продукции, так и на показатели эффективности производства. Шероховатость листа или полосы оценивается по результатам измерений на участках, распределенных с регламентированным шагом по диагонали всей контролируемой поверхности. В целях обеспечения стабильности шероховатости металла за время эксплуатации валков в клети для выбора способа подготовки валков и рациональной исходной шероховатости их бочек рекомендовано использовать во взаимосвязи критерий минимума квадрата ошибки достижения цели управления и критерий максимума доли признака в интервале рациональных значений. Обоснована и разработана модель формирования шероховатости полосы в очаге деформации при прокатке и дрессировке, которая отображает результат образования шероховатости через переменные, инвариантные к условиям осуществления процесса. Действенность модели подтверждена промышленным экспериментом по регулированию шероховатости дрессируемой жести перераспределением долей суммарного обжатия между клетями двухклетевого дрессировочного стана.