ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В процессе эксплуатации рабочих валков чистовых групп непрерывных широкополосных станов горячей прокатки решающее влияние на их стойкость и прочность оказывают нормальные контактные напряжения, особенно при прокатке сортамента из низколегированных конструкционных сталей минимального диапазона толщин 5,5…2,0 мм, не соответствующего паспортным характеристикам таких станов. Предмет. Выполненные ранее исследования напряжённо-деформированного состояния прокатываемой полосы в очагах деформации позволяют оценивать уровень нормальных контактных напряжений, действующих на рабочие валки при горячей прокатке полос из низкоуглеродистых сталей. В статье рассмотрены результаты исследования напряжённого состояния полос из низколегированных конструкционных сталей при контакте с валками с учётом особенностей химического состава металла и изменения его упругих свойств в процессе деформации при температурах горячей прокатки. Полученные результаты применимы к оценке контактной прочности рабочих валков чистовой группы прокатного стана. Цель работы. Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из низколегированных конструкционных сталей для обеспечения высокой стойкости рабочих валков. Материал и методика исследований. Исследование построено на основе упругопластической модели и уравнений расчёта нормальных контактных напряжений для каждого участка очага деформации. Подробно изучена специфика изменения модуля Юнга (модуля упругости) низколегированных конструкционных сталей в соответствии с определенными температурами горячей прокатки и проведена оценка контактной прочности высокохромистых чугунных рабочих валков. Результаты и их обсуждение. Получено достоверное уравнение регрессии для определения значений модуля упругости прокатываемой полосы в функции изменения температур горячей прокатки. Представлены результаты численного эксперимента в виде расчёта максимальных нормальных контактных напряжений по упругопластической модели очага деформации. Получена оценка контактной прочности рабочих валков при осуществлении процесса горячей прокатки по реальным режимам на действующем стане. Предложены новые усовершенствованные технологические режимы горячей прокатки низколегированных конструкционных сталей 10ХСНД, 18ХГТ и 14Г2АФ, позволяющие снизить максимальные контактные напряжения и повысить стойкость рабочих валков.

1. Гостев К.А. Оптимизация прокатных валков в целях снижения совокупной стоимости владения // Сталь. – 2021. – № 10. – С. 19–24.

2. Simulation of thermal stress and fatigue life prediction of high speed steel work roll during hot rolling considering the initial residual stress / K. Hu, F. Zhu, J. Chen, N.-A. Noda, W. Han, Y. Sano // Metals. – 2019. – Vol. 9 (9). – P. 966. – DOI: 10.3390/met9090966.

3. The influence of rolling mill process parameters on roll thermal fatigue / F. Weidlich, A.P.V. Braga, L.G. da Silva Lima, G. Boccalini, R.M. Souza // International Journal of Advanced Manufacturing Technologies. – 2019. – Vol. 102. – P. 2159–2171. – DOI: 10.1007/s00170-019-03293-1.

4. Evolution of microstructure, temperature and stress in a high speed steel work roll during hot rolling experiment and modeling / G.Y. Deng, Q. Zhu, A.K. Tieu, H.T. Zhu, M. Reid, A.A. Saleh, L.H. Su, T.D. Ta, J. Zhang, C. Lu // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 240. – P. 200–208. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2016.09.025.

5. Kiss I., Pinca Bretotean С., Josan А. Experimental research upon the durability in exploitation of the Adamite type rolls // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 393 (1). – P. 012090. – DOI: 10.1088/1757-899X/393/1/012090.

6. Modelling surface thermal damage to mill rolls / R. Mercado-Solis, J. Talamantes-Silva, J. Beynon, M. Hernandes-Rodrigues // Wear. – 2007. – Vol. 263 (17–20). – P. 1560–1567. – DOI: 10.1016/j.wear.2006.12.062.

7. Experimental study of heat transfer in hot rolling / P. Kotrbacek, J. Horsky, M. Raudensky, M. Pohanka // Revue de Métallurgie. – 2006. – Vol. 103 (7). – P. 333–341. – DOI: 10.1051/metal:2006134.

8. Pinca-Bretotean C., Josan A., Kumar Sharma A. Influence of thermal stresses on the phenomenon of thermal fatigue of rolling cylinders // Journal of Physics: Conference Series. – 2023. – Vol. 2540 (1). – P. 012023. – DOI: 10.1088/1742-6596/2540/1/012023.

9. Analytical modeling of thermo-mechanically induced residual stresses of work rolls during hot rolling / M. Dünckelmeyer, C. Krempaszky, E. Werner, G. Hein, K. Schörkhuber // Steel Research International. – 2010. – Vol. 81. – P. 86–89.

10. Гарбер Э.А., Кожевникова И.А. Сопоставительный анализ напряжённо-деформированного состояния металла и энергосиловых параметров процессов горячей и холодной прокатки тонких широких полос // Производство проката. – 2008. – № 1. – С. 10–15.

11. Effect of sliding and rolling friction on the energy-force parameters during hot rolling in four-high stands / E.A. Garber, I.A. Kozhevnikova, P.A. Tarasov, A.I. Traino // Russian Metallurgy (Metally). – 2007. – Vol. 2007 (6). – P. 484–491. – DOI: 10.1134/S0036029507060080.

12. Simulation of contact stresses and forces during hot rolling of thin wide strips with allowance for a stick zone and elastic regions in the deformation zone / E.A. Garber, I.A. Kozhevnikova, P.A. Tarasov, A.A. Zavrazhnov, A.I. Traino // Russian Metallurgy (Metally). – 2007. – Vol. 2007 (2). – P. 112–119. – DOI: 10.1134/S003602950702005X.

13. Гарбер Э.А., Поспелов И.Д., Кожевникова И.А. Влияние химического состава и упругих свойств полосы и валков на энергосиловые параметры широкополосных станов горячей прокатки // Производство проката. – 2011. – № 8. – С. 2–7.

14. Pospelov I.D., Nechaev R.R. Improving the methodology for calculating the finishing group power of a continuous wide-strip hot rolling mill // Steel in Translation. – 2024. – Vol. 54 (2). – P. 151–156. – DOI: 10.3103/S0967091224700396.

15. Марочник сталей и сплавов / под общ. ред. А.С. Зубченко. – М.: Машиностроение, 2001. – 672 с. – ISBN 5-217-02992-7.

16. Горский А.И., Иванов-Эмин Е.Б., Кореновский А.И. Определение допускаемых напряжений при расчетах на прочность. – М.: НИИМаш, 1974. – 79 с.

17. Лекомт-Бекерс Ж., Терзиев Л., Брайер Ж.-П. Эксплуатационные свойства прокатных валков из графитового хромистого чугуна // Сталь. – 2000. – № 1. – С. 46–50.

18. Ермушин Д.Е., Болобанова Н.Л. Исследование поверхностного деформационного упрочнения бочки опорных валков чистовой группы широкополосного стана горячей прокатки // Черные металлы. – 2023. – № 2. – С. 27–32. – DOI: 10.17580/chm.2023.02.04.

19. Simulation of the longitudinal thickness deviation of the steel strips hot rolled in the continuous group of a broad-strip mill / E.A. Garber, I.D. Pospelov, A.I. Traino, A.F. Savinykh, N.Yu. Nikolaev, P.A. Mishnev // Russian Metallurgy (Metally). – 2012. – Vol. 2012 (9). – P. 831–836. – DOI: 10.1134/S0036029512090042.

20. Оптимизация режима горячей прокатки стальных полос на широкополосном стане по критерию «минимум продольной разнотолщинности» / Э.А. Гарбер, И.Д. Поспелов, А.Ф. Савиных, Н.Ю. Николаев, П.А. Мишнев // Производство проката. – 2012. – № 5. – С. 15–21.

21. Failure analysis of work rolls of a thin hot strip mill / P. Palit, H.R. Jugade, A.K. Jha, S. Das, G. Mukhopadhyay // Case Studies in Engineering Failure Analysis. – 2015. – Vol. 3. – P. 39–45. – DOI: 10.1016/j.csefa.2015.01.001.

22. Setiawan R., Siradj E., Iman F. Failure analysis of ICDP work roll of hot strip mill: case study of shell-core interface spalling // Jurnal Pendidikan Teknologi Kejuruan. – 2022. – Vol. 5 (1). – P. 28–34. – DOI: 10.24036/jptk.v5i1.27023.

23. Investigation of the initial residual stress effects on a work roll maximum in-service stress in hot rolling process by a semi-analytical method / B. Salehebrahimnejad, A. Doniavi, M. Moradi, M. Shahbaz // Journal of Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 99 (9). – P. 53–64. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2023.04.084.

24. Повышение эффективности охлаждения валков широкополосного стана горячей прокатки с использованием адаптивных математических моделей теплового баланса / Э.А. Гарбер, М.В. Хлопотин, Е.С. Попов, А.Ф. Савиных, А.В. Голованов // Производство проката. – 2009. – № 4. – С. 12–24.