Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия

А. А. Юмабаев, ассистент кафедры литейных процессов и материаловедения, эл. почта: yumabaev.azamat95@gmail.com
А. С. Савинов, заведующий кафедрой механики, директор института металлургии, машиностроения и материалообработки, докт. техн. наук, эл. почта: savinov_nis@mail.ru
И. В. Михалкина, доцент кафедры литейных процессов и материаловедения, канд. техн. наук, эл. почта: miv.mgtu@mail.ru
С. М. Андреев, заведующий кафедрой автоматизированных систем управления, докт. техн. наук, эл. почта: asm@magtu.ru

Южно-Уральский государственный университет (НИУ), Челябинск, Россия
В. К. Дубровин, докт. техн. наук, доцент кафедры пирометаллургических и литейных технологий

Рассмотрена возможность проведения качественной оценки напряженно-деформированного состояния, возникающего в стальном прокатном валке в исполнении HiCr. Применена количественная оценка распределения температурных градиентов по сечению тела отливки. Отмечено, что часто брак в литых заготовках возникает при их термической обработке в виде нарушения сплошности тела отливки. Это в полной мере относится к литым прокатным валкам, имеющим компактную поверхность и, как следствие, подверженным браку по образованию холодных трещин. Для оценки теплового состояния прокатного валка в процессе термической обработки адаптирован математический аппарат на основе численного решения задачи теплопроводности. На основе полученных алгоритмов разработан программный продукт, обеспечивающий прогнозирование теплового состояния прокатного валка и возникающих в нем температурных градиентов в динамике. Проанализировано напряженное состояние номенклатурного ряда валков в исполнении HiCr. Выявлены критические температурные градиенты, величина которых позволила скорректировать существующий режим термической обработки прокатных валков. Отмечено, что наибольшие градиенты возникают при тепловом ударе вследствие резкого охлаждения тела литой заготовки в процессе закалки. Однако такое деформационное воздействие смягчается высокой пластичностью металла в области воздействия теплового удара. Остальные экстремумы температурных градиентов значительно ниже. Их воздействие в температурных областях с низкой пластичностью материала может привести к нарушению слошности тела отливки. По результатам проведенных исследований разработан «смягченный» режим термической обработки стальных прокатных валков исполнения HiCr при одновременном сокращении его продолжительности на 6,25 %. 

Работа выполнена в рамках реализации технологических проектов НОЦ «Разработка нового химического состава сплава для производства двухслойных прокатных валков станов горячей прокатки с диаметром бочек более 1000 мм взамен импортных».

1. Ашихмин Г. В., Николаев В. А., Полухин В. П. Валки как важный технологический элемент прокатного производства // Медь. Латунь. Бронза. — М. : ОАО «Институт Цветметобработка», 2006. С. 268–281.
2. Хашимото М., Шибао С. Современные тенденции горячей скоростной прокатки на заводе Ниппон Стил Корпорейшен // Роллс 2000. — Шеффилд : ШФГ, 1996. С. 76–89.
3. Lecomte-Beckers J., Sinnaeve M., Tchuindjang T. J. Comparison between HCS and semi-HSS grades used as Work Rolls in the Roughing Stand of Hot Strip Mills // 10^th International Conference on Steel Rolling. Beijing – China. 2010.
4. Вдовин К. Н., Куряев Д. В., Феоктистов Н. А. и др. Прокатные валки: монография. — Магнитогорск : изд-во Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова, 2018. — 335 с.
5. Волошин А. И., Шрайдер А. В., Буртасенков В. С. и др. Инновационные валки из высокохромистой стали // Труды Х конгресса сталеплавильщиков. — М. : ОАО «Черметинформация», 2010. С. 61–64.
6. Pellizzari M., Molinari A., Biggi A., Corbo G. et al. Semi high speed steels for roughing rolls with improved thermal fatigue resistance // La MetallurgiaItaliana. 2005. Vol. 97, Iss. 9. P. 57–61.
7. Феоктистов Н. А. Формирование структуры и свойств заэвтектоидной валковой стали // Черные металлы. 2023. № 6. С. 47–51.
8. Вдовин К. Н., Феоктистов Н. А., Горленко Д. А., Куряев Д. В. и др. Исследование влияния легирования валкового чугуна ванадием // Металловедение и термическая обработка металлов. 2019. № 4 (766). С. 9–13.

9. Вдовин К. Н., Феоктистов Н. А., Горленко Д. А., Алехина О. Н. Анализ влияния ванадия на микроструктуру и свойства валкового чугуна / сб. Актуальные проблемы современной науки, техники и образования // Тезисы докладов 77-й Международной научно-технической конференции. Магнитогорск, 2019. С. 106.
10. Вдовин К. Н., Горленко Д. А., Завалищин А. Н., Куряев Д. В. Влияние технологии получения на структуру и свойства рабочего слоя прокатных валков из чугуна ЛПХНД-71 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 4 (778). С. 7–11.
11. Савинов А. С., Зарицкий Б. Б., Беннер В. Д. Поиск оптимальных режимов термической обработки прокатных валков из стали 170ХНМ / сб. Актуальные проблемы современной науки, техники и образования // Тезисы докладов 79-й Международной научно-технической конференции. Магнитогорск, 2021. С. 106.
12. Kirpichnikov M. S., Sinitsyn E. O., Borovinskikh M. P. Heat treatment technology for roll billets of steel 150KhNM for improving their quality and operating life // Metallurgist. 2011. Vol. 54, Iss. 11-12. P. 791–792. DOI: 10.1007/s11015-011-9375-9
13. Горленко Д. А., Завалищин А. Н., Румянцев М. И. Влияние отпуска на структуру и свойства литых двухслойных прокатных валков из индефинитного чугуна // Металловедение и термическая обработка металлов. 2021. № 10 (796). С. 3–8.
14. Феоктистов Н. А., Потапов А. В. Исследование рабочего слоя прокатного валка производства gontermann-peipers / сб. Актуальные проблемы современной науки, техники и образования // Тезисы докладов 80-й Международной научно-технической конференции. 2022. С. 114.
15. Колокольцев В. М., Вдовин К. Н., Синицкий Е. В., Савинов А. С. Температурные поля системы отливка – литейная форма в условиях неравновесной кристаллизации комплекснолегированных сплавов // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2014. № 1. С. 28–31.
16. Феоктистов Н. А., Рыбина А. Е., Сапон Е. А. Моделирование процесса сплавления рабочего слоя и сердцевины биметаллических прокатных валков : сб. Актуальные проблемы современной науки, техники и образования // Тезисы 80-й Международной научно-технической конференции. Магнитогорск, 2022. С. 116.
17. Колокольцев В. М., Савинов А. С., Феоктистов Н. А., Михалкина И. В. и др. Моделирование тепловых полей при сваривании рабочего слоя прокатного валка с сердцевиной // Литейное производство. 2021. № 8. С. 30–34.