Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, Москва, Россия

М. М. Скрипаленко, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: mms@misis.ru
Б. А. Романцев, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: boralr@yandex.ru
М. Н. Скрипаленко, доцент, эксперт научного проекта, канд. техн. наук. эл. почта: tfsmn@yandex.ru
В. А. Воротников, ведущий специалист по техническому оснащению, эл. почта: vrtnkov@gmail.com

Проведено компьютерное моделирование процессов трехвалковой винтовой прокатки заготовок из коррозионностойкой стали при углах подачи валков 6, 12, 18 и 24 град. В результате установлено, что увеличение угла подачи валков способствует более однородному напряженно-деформированному, тепловому и кинематическому состоянию заготовки: среднеквадратичное отклонение накопленной деформации в объеме заготовки уменьшается в 4 раза; размах значений среднего напряжения по радиусу заготовки снижается в 2,3 раза; размах значений температуры в объеме заготовки с ростом угла подачи уменьшается от 134 до 110 °C; размах полной скорости точек на радиусе заготовки на установившейся стадии в месте выхода из очага деформации снижается в 1,3 раза. Рассматривая накопленную деформацию как меру сдвиговых деформаций, установлено, как угол подачи влияет на изменение величины и равномерности распределения сдвиговых деформаций в объеме заготовки: рост угла подачи валков приводит к снижению сдвиговых деформаций и к их более равномерному распределению в объеме заготовки. На основе оценки изменения среднего напряжения в точках на радиусе заготовки на установившейся стадии выявили, что возможной причиной вытянутости зерен в центральных слоях заготовки является преобладание в этих областях растягивающих напряжений. Показано, как изменение накопленной деформации, температуры и полной скорости может влиять на изменение мелкозернистой поверхностной, переходной и крупнозернистой центральной области заготовки. Результаты моделирования показали, что полная скорость внутренних областей заготовки при прокатке со всеми выбранными углами подачи валков повышается, а наружных — уменьшается.

1. Никулин А. Н. Винтовая прокатка. Напряжения и деформации. — М. : Металлургиздат, 2015. — 380 с.
2. Тетерин П. К. Теория поперечной и винтовой прокатки. — М. : Металлургия, 1983. — 270 с.
3. Чан Ба Хюи. Разработка и исследование процесса винтовой прокатки в четырехвалковом стане на основе физического и компьютерного моделирования: дисс. … канд. техн. наук. — М., 2019. — 101 с.
4. Андреев В. А., Рогачев С. О., Романцев Б. А., Скрипаленко М. М. и др. Влияние винтовой прокатки на структуру и механические свойства титановых сплавов // Деформация и разрушение материалов. 2023. № 11. С. 22–32.
5. Потапов И. Н., Полухин П. И. Технология винтовой прокатки. — М. : Металлургия, 1990. — 344 с.
6. Галкин С. П. Теория и технология стационарной винтовой прокатки заготовок и прутков малопластичных сталей и сплавов: дисс. … докт. техн. наук. — М., 1998. — 401 с.
7. Галкин С. П., Стебунов С. А., Алещенко А. С., Власов А. В. и др. Моделирование и экспериментальная оценка условий кольцевого разрушения при горячей радиально-сдвиговой прокатке // Металлург. 2020. № 3. С. 64–70.
8. Галкин С. П., Романцев Б. А., Харитонов Е. А. Реализация инновационного потенциала универсального способа радиально-сдвиговой прокатки // Черные металлы. 2015. № 1. С. 23–28.
9. Галкин С. П., Алещенко А. С., Романцев Б. А., Гамин Ю. В. и др. Влияние предварительной деформации непрерывнолитых заготовок радиально-сдвиговой прокаткой на структуру и свойства горячекатаных труб из хромсодержащих сталей // Металлург. 2021. № 2. С. 54–61.
10. Пат. 2293619 РФ. Способ винтовой прокатки / Галкин С. П. ; заявл. 04.04.2006 ; опубл. 20.02.2007.
11. Skripalenko M. M., Karpov B. V., Rogachev S. O., Kaputkina L. M. et al. Simulation of the kinematic condition of radial shear rolling and estimation of its influence on a titanium billet microstructure // Materials. 2022. Vol. 15. 7980.
12. Нгуен Суан Зьеп. Разработка и исследование технологических режимов радиально-сдвиговой прокатки прутков диаметром менее 18 мм алюминиевых кальцийсодержащих сплавов и сплава 01570 с высоким уровнем механических свойств. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. — М., 2023. — 24 с.
13. Потапов И. Н., Полухин П. И. Новая технология винтовой прокатки. — М. : Металлургия, 1975. — 344 с.
14. Романцев Б. А., Скрипаленко М. М., Скрипаленко М. Н., Воротников В. А. Оценка деформированного, кинематического и теплового состояния стальной заготовки при двухвалковой винтовой прокатке и их влияние на формирование микроструктуры. Машины, агрегаты и процессы. Проектирование, создание и модернизация: Материалы международной научно-практической конференции. — Санкт-Петербург : НИЦ МС, 2024. № 7. С. 12–14.
15. Skripalenko M. M., Romantsev B. A., Galkin S. P., Kaputkina L. M. et al. Forming features at screw rolling of austenitic stainless-steel billets // Journal of Materials Engineering and Performance. 2020. Vol. 29. P. 3889–3894.
16. QForm – Винтовая прокатка. — URL: https://qform3d.ru/products/crossrolling (дата обращения: 26.03.2024).
17. Власов А. В., Стебунов С. А., Евсюков С. А., Биба Н. В. и др. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки. — М. : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 383 с.
18. Bajor T., Kulakowska A., Dyja H. Analysis of the rolling process of alloy 6005 in a three-high skew rolling mill // Materials. 2020. Vol. 13. 1114.
19. Akopyan T. K., Gamin Y. V., Galkin S. P., Prosviryakov A. S. et al. Radial-shear rolling of high-strength aluminum alloys: Finite element simulation and analysis of microstructure and mechanical properties // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 786. 139424.

20. Ya Li Wang, Molotnikov A., Diez M., Lapovok R. et al. Gradient structure produced by three roll planetary milling: Numerical simulation and microstructural observations // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 639. P. 165–172.
21. Gamin Yu. V., Koshmin A. N., Kin T. Yu., Aleshchenko A. S. Comparative analysis of stress-strain state of bars from aluminum alloys A2024 and A7075 processed by RSR based on FEM modeling // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 46. P. 8138–8142.
22. Алюшин Ю. А., Еленев С. А., Кузнецов С. А., Кулик Н. Ю. Энергетическая модель обратимых и необратимых деформаций : учебное пособие. — М. : Машиностроение, 1995. — 128 с.
23. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. — М. : Металлургия, 1986. — 688 с.
24. Лежнев С. Н., Найзабеков А. Б., Панин Е. А., Волокитина И. Е. и др. Получение градиентной микроструктуры в нержавеющей аустенитной стали при радиально-сдвиговой прокатке // Металлург. 2020. № 11. С. 46–54.
25. Kolobov Yu. R., Golosova O. A., Manokhin S. S. Regularities of formation and degradation of the microstructure and properties of new ultrafinegrained low-modulus Ti–Nb–Mo–Zr alloys // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2017. Vol. 59. P. 393–402.
26. Lopatin N. Effect of hot rolling by screw mill on microstructure of a Ti-6Al-4V titanium alloy // International Journal of Material Forming. 2012. Vol. 6. No. 4. P. 459–465.
27. Mogucheva A., Lopatin N., Belyakov A., Kaibyshev R. Grain refinement in austenitic stainless steel during warm screw rolling // Materials Science Forum. 2012. Vol. 715-716. P. 889–894.
28. Derevyagina L. S., Gordienko A. I., Kashiro P. O. The influence of regimes of thermomechanical treatment on the structural-phase state, mechanical properties, and fracture toughness of low-alloy steel API 5L grade X52 // Russian Physics Journal. 2019. Vol. 61. P. 1971–1977.
29. Arbuz A., Kawalek A., Ozhmegov K., Panin E. et al. Obtaining an equiaxed ultrafine-grained state of the longlength bulk zirconium alloy bars by Extralarge shear deformations with a vortex metal flow // Materials. 2023. Vol. 16. 1062.
30. Surikova N. S., Vlasov I. V., Derevyagina L. S., Gordienko A. I. et al. Influence of cross-screw rolling modes on mechanical properties and fracture toughness of Pipe Steel // Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021. Vol. 64. P. 28–37.