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

Д. Ю. Алексеев, инженер инжинирингового центра научно-инновационного сектора
А. Е. Гулин, мл. науч. сотрудник инжинирингового центра научно-инновационного сектора, доцент кафедры технологий обработки материалов, канд. техн. наук, эл. почта: a.gulin@magtu.ru
Д. Г. Емалеева, мл. науч. сотрудник инжинирингового центра научно-инновационного сектора, доцент кафедры технологий обработки материалов, канд. техн. наук, эл. почта: emaleevadg@mail.ru
А. С. Кузнецова, мл. науч. сотрудник инжинирингового центра научно-инновационного сектора, старший преподаватель кафедры технологий обработки металлов

Разработана конечно-элементная модель в программном комплексе Deform-3D для расчета теплового поля рулонного проката из низколегированной стали при прокатке в чистовой группе клетей и охлаждении на отводящем рольганге широкополосного стана горячей прокатки 2000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК»). Предложенная модель учитывает тепловыделение в процессе пластической деформации, охлаждение полосы, обусловленное контактом металла с воздухом, теплоотдачу рабочим валкам, охлаждение полосы от воды, подаваемой в процессе межклетевого охлаждения и в установке ускоренного охлаждения на отводящем рольганге. При этом учитываются особенности охлаждения как верхними, так и нижними коллекторами. Для достижения необходимой температуры смотки реализована возможность дифференцированного включения коллекторов верхних и нижних секций установки ускоренного охлаждения, что было введено в конечно-элементную модель. Охлаждение струями воды было уточнено разбиением контакта охлаждаемой полосой с водой на две зоны — участок соударения воды с поверхностью листа и область пленочного кипения. В результате анализа теплового состояния листа была проведена оценка характера его изменения в зависимости от особенностей каждого этапа термомеханической обработки (ТМО). Применение представленной модели при разработке технологических режимов ТМО позволит оценить их корректность, а также обеспечит возможность прогнозирования структуры и свойств, формируемых по толщине стального проката в процессе контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением.

В работе принимали участие П. П. Полецков, С. В. Денисов, П. А. Стеканов, Е. В. Брайчев, аспирант группы МТа-21-2 П. Г. Адищев.
Работа выполнена в ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова» при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства (Соглашение с Минобрнауки России № 075-11-2021-063 от 25.06.2021 г.).

1. Берштейн М. Л., Займовский В. А., Капуткина Л. М. Термомеханическая обработка стали. — М. : Металлургия, 1983. — 480 с.
2. Pickering F. B. High strength, low allow steels a decade of progress. — New York: Union Carbide Corporation, 1977. P. 9–31.
3. Макаров Е. В. Исследование и разработка режимов горячей прокатки полос с применением систем принудительного охлаждения: дис. … канд. техн. наук. — М. : НИТУ «МИСиС», 2012. — 23 c.
4. Ненахов В. А. Повышение эффективности производства горячекатаных полос за счет оптимизации производственной программы прокатки: дис. … канд. техн. наук. — Липецк : Липецкий государственный технический университет, 2007. — 9 c.
5. Подкустов В. П., Алексеев П. Л. Определение температурного поля проката // Известия вузов. Черная металлургия. 1999. № 9. С. 40–42.
6. Ткалич К. Н., Гончаров Н. В., Бриттов Н. А. Изменение температурного поля сляба в процессе прокатки // Сталь. 1977. № 1. С. 52–55.
7. Редр М., Пржигода М., Томан З. и др. Определение температурного поля раската в процессе прокатки на четырехвалковом стане // Известия вузов. Черная металлургия. 1979. № 5. С. 56–60.
8. Nanba S., Kitamura M., Shimada M. et al. Prediction of microstructure distribution in the trough-thickness direction during and after hot rolling in carbon steels // ISIJ International. 1992. Vol. 32, Iss. 3. P. 377–386.

9. Kwak W. J., Kim Y. H., Park H. D. et al. Fe-based on-line model for the prediction of roll force and roll power in hot strip rolling // ISIJ International. 2000. Vol. 40. No. 10. P. 1013–1018.
10. Yanagimoto J., Ito T., Liu J. FE-based analysis for the microstructure evolution in hot bar rolling // ISIJ International. 2000. Vol. 40, Iss. 1. P. 65–70.
11. Poletskov P. P., Kuznetsova A. S., Nikitenko O. A., Alekseev D. Y. The study of influence of heat treatment procedures on structure and properties of the new high-strength steel with increased cold resistance // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 20. P. 50–54. DOI: 10.17580/cisisr.2020.02.11.
12. Konstantinov D. V., Bzowski K., Korchunov A. G., Kuznetsova A. S., Shiryaev О. Multiscale computer simulation of metastable steel rod drawing by using statistical representation of microstructure // METAL 2017 – 26^th International Conference on Metallurgy and Materials METAL. 2017. P. 863–868.
13. Konstantinov D., Korchunov A., Emaleeva D., Chukin M., Shiryaev O. Microstructure-based computer simulation of pearlitic steel wire drawing // METAL 2017 – 26^th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings. 2017. P. 642–647.
14. Konstantinov D., Korchunov A. Multiscale simulation of cold axisymmetric deformation processes // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 685. P. 18–22.
15. Korchunov A. G., Konstantinov D. V., Polyakova M. A., Dabalá M. Mechanical properties of prestressing strands and how they tend to change under thermomechanical treatment // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 18. P. 14–19.
16. Полецков П. П., Алексеев Д. Ю., Кузнецова А. С., Никитенко О. А. Анализ технических требований, предъявляемых к подкату для гибких насосно-компрессорных труб // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2020. Т. 18. № 1. С. 49–54.
17. Poletskov P. P., Nikitenko O. A., Kuznetsova A. S., Alekseev D. Y. Development of heat treatment modes for novel structural sparingly alloyed highstrength steel for arctic and far north applications // Metal Science and Heat Treatment. 2021. Vol. 63. No. 3–4. P. 171–177.
18. Poletskov P. P., Nikitenko O. A., Kuznetsova A. S., Salganik V. M. The study of transformation kinetics for overcooled austenite of the new high-strength steel with increased cold resistance // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 19. P. 56–59.
19. Welty J. R., Wicks C. E., Wilson R. E., Rorrer G. L. Fundamental of momentum, heat and mass transfer, 5th edition. — New York : John Wiley and Sons, 2007. — 729 p.
20. Соколов С. Ф., Огольцов А. А., Соколов Д. Ф., Васильев А. А. Математическая модель для расчета температуры полосы при горячей прокатке на стане 2000 ПАО «Северсталь» // Сталь. 2017. № 2. С. 35–41.
21. Panjkovic V. Model for prediction of strip temperature in hot strip steel mill // Applied Thermal Engineering. 2007. Vol. 27. P. 2404–2414.
22. Wells M. A., Militzer M., Prodanovic V. Heat transfer during run-out table cooling — effect of jet configuration. — Detroit : Proceeding of the MST’2007 Conference, 2007. — 10 p.