CC BY
3Металлургия и материаловедение
УДК 621.771.2: 621.771.8
Денищенко Н. П., Бевз А. А.
(ДонГТУ, г. Алчевск, ЛНР)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПРИ ПРОКАТКЕ СИММЕТРИЧНОГО БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЧЕТЫРЕХСЛОЙНОГО ПАКЕТА С СОЧЕТАНИЕМ СТАЛИ ОСНОВНОГО СЛОЯ СТ3, ПЛАКИРУЮЩЕГО
СЛОЯ СТАЛИ 15Х13
Было смоделировано обжатие биметаллического пакета в черновой клети стана 3000 за 7 проходов с суммарным обжатием 52 %. Исследовалась совместная деформация двух разнородных металлов с целью анализа напряженно-деформированного состояния.
Ключевые слова: деформация двух разнородных металлов, биметаллический пакет, моделирование, формулировка Лагранжа-Эйлера, прокатка симметричного четырехслойного пакета, вытяжка плакирующего слоя.
Проблема и ее связь с научными и практическими задачами.
На сегодняшний день значительную роль в металлургической промышленности занимает продукция, полученная из материалов, которые имеют неоднородные по своей толщине физико-механические свойства. Для следующего шага в повышении эффективности производства металлургической продукции необходимо расширять разнообразность выпускаемого сортамента готовой продукции как по размеру, так и по различному сочетанию используемых материалов.
Однако дальнейшее расширение сферы применения этой продукции связано с широкомасштабным освоением процессов обработки давлением многослойных полиметаллических материалов, что зачастую является сложной задачей как с точки зрения технологических режимов, так и с точки зрения конструктивных параметров используемого оборудования [1].
Использование известных методов создания необходимых процессов обработки давлением многослойных материалов приводит к понижению коэффициента выхода годного, а в некоторых случаях и вовсе нецелесообразности дальнейшего использования полученной технологии. Поэтому для реализации всего технологического
процесса производства данной продукции необходимо наличие научно обоснованного подхода к формированию как напряженно-деформированного состояния, так и основных показателей качества готовой металлопродукции [2].
Существует сортамент двухслойных листов, в котором для плакирующего слоя применяются такие марки стали, как: 12Х18Н10Т; 08Н22Н6Т, 08Х17Н15М3Т; 08Х13, а для основного слоя — 09Г2С, 20К, Ст3.
Поэтому можно предположить отсутствие какого-либо экспериментального подтверждения процесса формоизменения составляющих биметаллического пакета с сочетанием марок сталей плакирующего слоя 15Х13 и основного слоя Ст3 при прокатке симметричного четырехслойного пакета.
Постановка задачи. Задачей экспериментальных исследований является изучение процесса формоизменения составляющих биметаллического пакета при прокатке симметричного четырехслойного пакета.
Изложение материала и его результаты. Одним из видов производства биметаллов является пакетный. Применение некоторых технологических приемов, учитывающих особенности производства и состав технологического оборудования на конкретном предприятии, позволяет сни-
Металлургия и материаловедение
зить указанные негативные явления. Составляющие пакета представлены на рисунке 1. Длина основного слоя больше длины плакирующего слоя на 130-200 мм для предотвращения выдавливания планок в процессе деформирования.
1 13 15
1 — слябы из углеродистой стали; 2 — планки;
3 — пластины нержавеющей стали; 4 — сварной шов; 5 — разделительный слой
Рисунок 1 Четырехслойный пакет конструкции фирмы «Р^ешх-РетгоЫ-»
Было выполнено моделирование четы-рёхслойного пакета с размерами сляба основного слоя толщиной 100 мм и шириной 2000 мм, толщина плакирующего слоя 20 мм, ширина 1800 мм, длина слоёв 1200 мм. Изображение моделируемого пакета приведено на рисунке 2. Материалы основного слоя (Ст3) и плакирующего слоя (15Х13) приняты изотропными.
Контакт между заготовкой и валком, плакирующим слоем и основным слоем
Химический
учитывали при помощи модели контакта «surface-to-surface contact» путём задания коэффициента трения р = 0,3, используя «classical isotropic Coulomb friction model» [3]. Валок представлен в виде аналитически жёсткой недеформируемой поверхности. В процессе моделирования деформации пакета использовали адаптацию сетки в формулировке Лагранжа-Эйлера.
Тип элементов — шестигранные элементы C3D8R и опции Hourglass control — Saffness [3]. В процессе описания данной модели учитывается симметричность моделируемого процесса относительно плоскости XZ и XY для сокращения времени расчёта.
В качестве моделируемого материала используем сталь Ст3 и 15Х13 с химическим составом, представленным в таблице 1.
Было смоделировано обжатие пакета в черновой клети стана 3000 биметаллического пакета за 7 проходов с суммарным обжатием 52%. Исследовалась совместная деформация двух разнородных металлов с целью исследования напряженно-деформированного состояния. Получены поля распределения эквивалентной пластической деформации. Получены поля распределения эквивалентной пластической деформации (рис. 3) и напряжений по Мизесу (рис. 4) по проходам.
Таблица 1
сталей
Марка стали Содержание элементов, %
C Si Mn Cr Ni Cu P S N As
Ст3 0,14-0,22 0,15-0,3 0,4-0,65 0,3 0.3 0,3 0,04 0,05 0,008 0,08
15Х13 0,15 0,2-0,8 0,3-0,8 12-14 0,5 0,3 0,03 0,025 - -
Металлургия и материаловедение
Рисунок 2 Модель пакета
»
Рисунок 3 Поля распределения эквивалентной пластической деформации
Рисунок 4 Поля распределения напряжений по Мизесу в очаге деформации при прокатке
биметаллического пакета
Выводы и направление дальнейших исследований.
Из результатов моделирования видно, что вытяжка плакирующего слоя напрямую зависит от величины обжатия в каждом проходе. При прокатке симметричного четырехслойного пакета в первых двух проходах с суммарным обжатием 24,4 % видно, что напряжение проходит на всю глубину слоев и деформация основного слоя незначительно превышает деформацию плакирующего слоя за счет непосредственного контакта с валками. После третьего и четвертого прохода с суммарным обжатием 32 % поля распределения напряжений стали проникать именно в плакирующий слой. Так же стоит отметить, что после пятого прохода с суммарным обжатием 39,2 % поля распределения эквивалентной пластической деформации в основном слое стали равномерно распре-
делены по поверхности слоя, при этом длина основного слоя стала незначительно больше плакирующего слоя. При прокатке пакета в шестом проходе поля распределения напряжений в очаге деформации в основном и плакирующем слое практически выровнялись.
После 7 прохода видно, что вытяжка плакирующего слоя на 20 % меньше вытяжки основного слоя. Деформация не проникает на всю глубину пакета и сосредоточена на приконтактных с валком слоях основного слоя. На основании этого рекомендуется при сборке пакета применять плакирующий слой, длина которого может быть увеличена за счет усовершенствования конструкции пакета и соответствовать длине основного слоя с учетом фиксирующей рамки, что позволит снизить торцевую обрезь на величину наплыва основного слоя.
Библиографический список
1. Биметаллический прокат [Текст] /П. Ф. Засуха и др. — М. : Металлургия, 1991. — 248 с.
2. Производство двухслойных листов [Текст]: монография / В. А. Луценко, А. И. Беседин, А. В. Сатонин. — Алчевск : ДонГТУ, 2010. — 423 с.
3. Теоретические исследования процессов обработки металлов давлением на основе метода конечных элементов [Текст] : учебное пособие /П. В. Боровик. — Алчевск : ДонГТУ, 2012. — 170 с.
© Денищенко Н. П. © Бевз А. А.
Рекомендована к печати д.т.н., проф., зав. каф. МЧМ ДонГТУНовохатским А. М., пом. нач. сортопрокатного цеха ПАО «АМК» к.т.н. Чичканом А. А.
Статья поступила в редакцию 10.10.17.
Денищенко Н. П., Бевз А. А. (ДонДТУ, м. Алчевськ, ЛНР)
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ФОРМОЗМ1НИ СКЛАДОВИХ ПРИ ПРОКАТЦ1 СИМЕТРИЧНОГО Б1МЕТАЛЕВОГО ЧОТИРИШАРОВОГО ПАКЕТУ З ПОеДНАННЯМ СТАЛ1 ОСНОВНОГО ШАРУ СТ3, ПЛАКУЮЧОГО ШАРУ СТАЛ1 15Х13
Було змодельовано обтиснення б1металевого пакета в чорнов1й клШ1 стана 3000 за 7 прохо-д1в з сумарним обтисненням 52 %. Досл1джувалася стльна деформащя двохр1знор1дних метал1в з метою анал1зу напружено-деформованого стану.
Ключовi слова: деформащя двох р1знор1дних метал1в, б1металевий пакет, моделювання, фор-мулювання Лагранжа-Ейлера, прокатка симетричного чотирьохшарового пакета, витягування плакуючого шару.
Denischenko N. P., Bevz A. A. (DonSTU, Alchevsk, LPR)
MODELING OF THE PROCESS OF COMPONENTS FORMALIZATION WHEN ROLLING THE SYMMETRIC BIMETALLIC FOUR-LAYER SANDWICH WITH THE BASIC STEEL LAYER ST3, THE CLADDING STEEL LAYER 15X13
The compression of the bimetallic package was simulated in the roughing mill stand 3000 run for 7 passes with a total cobbing of 52%. The joint deformation of two dissimilar metals was studied toana-lyzethe stress-strain state.
Key words: deformation of two dissimilar metals, bimetallic package, modeling, Lagrange-Euler formulation, rolling the symmetrical four-layer package, stretching of the cladding layer.
