АО «Первоуральский новотрубный завод», Первоуральск, Россия:

В. А. Топоров, управляющий директор, эл. почта: ToporovVA@stw.ru

АО «Северский трубный завод», Полевской, Россия:
О. А. Панасенко, начальник трубопрокатной лаборатории научно-исследовательского центра, эл. почта: PanasenkoOA@stw.ru

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия.
А. О. Халезов, магистрант кафедры «Обработка металлов давлением», эл. почта: alekssanja633@mail.ru
Д. Ш. Нухов, доцент кафедры «Обработка металлов давлением», канд. техн. наук, эл. почта: d.s.nukhov@urfu.ru

С каждым годом к горячекатаным бесшовным трубам ужесточаются требования, предъявляемые к точности размеров, овальности и кривизне, отсутствию внутренних и внешних дефектов. Актуальными являются исследования, направленные на совершенствование процесса непрерывной прокатки труб с целью обоснования рациональных калибровок инструментов, скоростных режимов прокатки, повышения стойкости инструмента и улучшения качества горячедеформированных бесшовных труб. Современный подход к решению задач обработки металлов давлением — использование метода конечных элементов (КЭ). Значительным преимуществом этого метода является возможность моделирования деформационных нестационарных процессов. В отличие от аналитических методов, КЭ-моделирование дает возможность строить более совершенные математические модели, в том числе и объемные, основанные на значительно меньшем числе допущений и ограничений. Поэтому результаты исследований, полученные с его помощью, можно считать более объективными. В работе была поставлена задача компьютерного моделирования процесса непрерывной прокатки труб на стане Fine Quality Mill (FQM) со станом-извлекателем в программе конечно-элементного моделирования DEFORM-3D. Была проведена оценка адекватности модели путем сравнения параметров процесса, полученных по результатам численного моделирования с соответствующими величинами, полученными в условиях промышленного производства. Установлено, что разработка технических решений по минимизации поверхностного дефекта типа «риска» может быть осуществлена с помощью решения задач КЭ, моделирования процесса. Определены температурные и деформационные поля, критические области поврежденности металла для базовой модели. В качестве причин возникновения дефекта были отмечены рассинхронизация скоростей непрерывного стана FQM и стана-извлекателя, недостаточное время удержания оправки в крайней ее позиции (возврат оправки до снятия с нее трубной заготовки), а также отклонение осей прокатки непрерывного стана и стана-извлекателя вследствие плохого удержания оправки опорными роликами между клетями.

Исследование выполнено в рамках базовой части государственного задания № 0836-2020-0020.

1. Осадчий В. Я., Коликов А. П. Производство и качество стальных труб: учебное пособие для вузов / под ред. В. Я. Осадчего. — М. : Издательство МГУПИ, 2012. — 370 с.
2. Коликов А. П., Романцев Б. А. Теория обработки металлов давлением. — М. : Издательство «МИСиС», 2015. — 451 с.
3. Топоров В. А., Пятков В. Л., Пьянков Б. Г. Освоение ТПА с непрерывным станом FQM на Северском трубном заводе // Инновации и импортозамещение в трубной промышленности (Трубы-2016) : сборник трудов XXII Международной научно-практической конференции. 2016. С. 16–19.
4. Теелен Н., Ринальди П., Миланезе Д. и др. Технология PQF для производства стальных бесшовных труб // Черные металлы. 2005. № 4. С. 47–52.
5. Шкуратов Е. А., Выдрин А. В. Совершенствование технологии продольной прокатки полых заготовок на непрерывных раскатных станах // Черные металлы. 2017. № 3. С. 42–46.
6. Shkuratov E. A., Vydrin A. V., Struin D. O., Chernykh I. N. Effect of the degree of ovality of the finishing-stand passes in a reeling mill on the accuracy characteristics and deformation of the pipe // Metallurgist. 2016. Vol. 60, Iss. 1-2. P. 81–86.
7. Струин Д. О., Выдрин А. В., Шеркунов В. Г. и др. Совершенствование технологии прокатки труб на непрерывном раскатном стане с удерживаемой оправкой // Вестник ЮурГУ. 2018. Т. 18. № 2. С. 72–80.
8. Богатов А. А. Компьютерное моделирование процессов обработки металлов давлением : учебное пособие / под ред. А. А. Богатова. — Екатеринбург : Издательство Уральского университета, 2018. — 248 с.
9. Behrens B.-A., Vucetic M., Neumann A., Osiecki T., Grbic N. Experimental test and FEA of a sheet metal forming process of composite material and steel foil in sandwich design using LS-DYNA // Key Engineering Materials. 2015. Vol. 651-653. P. 439–445.
10. Alves L. M., Silva C. M. A., Martins P. A. F. Joining by plastic deformation // Key Engineering Materials. 2018. Vol. 767. P. 25–41.
11. Shi J., Yu W., Dong E., Wang J. Finite element simulation for hot continuousrolled TC4 alloy seamless pipe // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2018. P. 705–716.
12. Kolbasnikov N. G., Mishin V. V., Shishov I. A., Matveev M. A., Korchagin A. M. Surface-crack formation in the manufacture of microalloyed steel pipe //Steel in Translation. 2016. Vol. 46. P. 665–670.
13. Топоров В. А., Ибрагимов П. А., Панасенко О. А. Разработка математической модели процесса непрерывной прокатки труб и исследование влияния технологических факторов на образование поверхностных дефектов // Технология металлов. 2020. № 2. С. 54–59.