Университет науки и технологий МИСИС, Москва, Россия

Б. А. Романцев, профессор кафедры обработки металлов давлением (ОМД), докт. техн. наук, профессор
М. М. Скрипаленко, доцент кафедры ОМД, канд. техн. наук, доцент
В. А. Воротников, аспирант кафедры ОМД
М. Н. Скрипаленко, эксперт научного проекта, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: tfsmn@yandex.ru

Выполнено компьютерное моделирование прокатки заготовок из стали 12Х18Н10Т в двухвалковом стане МИСИС-130Д при углах подачи 6, 12, 18 и 24 град. при температуре 1200 °C. По результатам опытных прокаток выявлено изменение размеров мелкозернистой поверхностной, переходной и крупнозернистой центральной областей в заготовках с изменением угла подачи валков. При этом на основе анализа микроструктуры установлено снижение неравномерности деформации с ростом угла подачи валков. По результатам компьютерного моделирования рассчитано изменение накопленной деформации и температуры в поперечном сечении заготовок на установившейся стадии. Определено, что с ростом угла подачи абсолютные значения накопленной деформации снижаются, но при этом уменьшается размах значений накопленной деформации между центром и поверхностью заготовки, что подтверждает установленную на основе анализа микроструктуры тенденцию о снижении неравномерности деформации с ростом угла подачи валков. Между толщинами мелкозернистой и переходной зон и размахом накопленной деформации по радиусу заготовки выявлена сильная обратная корреляционная зависимость (коэффициент корреляции –0,92), а между толщинами мелкозернистой и переходной зон и средней температурой в объеме заготовки — сильная прямая корреляционная зависимость (коэффициент корреляции 0,84). На основе изменения накопленной деформации и температуры построены графические зависимости, иллюстрирующие изменение толщин мелкозернистой, переходной и крупнозернистой зон. Учитывая, что накопленную деформацию можно рассматривать как меру сдвиговой деформации, оценили изменение сдвиговых деформаций в поперечном сечении заготовки на установившейся стадии прокатки с ростом угла подачи валков.

1. Романцев Б. А., Гончарук А. В., Вавилкин Н. М., Самусев С. В. Трубное производство – 2-е изд., испр. и доп. — М. : Изд. дом МИСиС, 2011. — 970 с.
2. Павлов Д. А. Исследование влияния угла раскатки на энергосиловые и скоростные параметры винтовой прошивки с использованием компьютерного моделирования // Черные металлы. 2023. № 9. С. 15–18.
3. Murillo-Marrodan A., Garcia E., Cortes F. A study of friction model performance in a skew rolling process numerical simulation // International Journal of Simulation Modelling. 2018. Vol. 17. No. 4. P. 569–582.
4. Pater Z., Wójcik Ł., Walczuk P. Comparative analysis of tube piercing processes in the two-roll and three-roll mills // Advances in Science and Technology Research Journal. 2019. Vol. 13, Iss. 1. P. 37–45.
5. Pater Z., Kazanecki J., Bartnicki J. Three dimensional thermo-mechanical simulation of the tube forming process in Diescher’s mill // Journal of Materials Processing Technology. 2006. Vol. 177. P. 167–170.
6. Lazić L., Lovrenić-Jugović M., Grubišić Ž. Energy transformation during the Pierce process in the production of seamless pipes // Acta Metallurgica Slovaca. 2016. Vol. 22, Iss. 1. P. 60–67.
7. Hayashi C., Yamakawa T. Influences of piercing ratio, expansion ratio, feed, cross and skew angles on available piercing size range in rotary piercing process // ISIJ International. 1998. Vol. 38, No. 11. P. 1255–1261. DOI:
10.2355/isijinternational.38.1255.
8. Xiao D., Jiang J., Mao Y., Liu X. Process monitoring and fault diagnosis for piercing production of seamless tube // Mathematical Problems in Engineering. 2016. Vol. 2016. 3451897.
9. Murillo-Marrodán A., García E., Barco J., Cortés F. Analysis of wall thickness eccentricity in the rotary tube piercing process using a strain correlated FE model // Metals. 2020. Vol. 10. 1045.
10. Zhang Zhe, Liu Dong, Yang Yanhui, Zheng Yong et al. Explorative study of rotary tube piercing process for producing titanium alloy thick-walled tubes with bi-modal microstructure // Archives of Civil and Mechanical
Engineering. 2018. Vol. 18, No. 4. P. 1451–1463.
11. Bunte C., Gomez M. Characterization of semi-finished titanium alloys processed by extrusion and lamination perforation (Mannesmann process) // Revista Materia. 2015. Vol. 20, No. 3. P. 636–645.
12. Zhang Z., Liu D., Zhang R., Yang Y. et al. Experimental and numerical analysis of rotary tube piercing process for producing thick-walled tubes of nickel-base superalloy // Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 279. 116557.
13. Fernandes M., Marouf N., Montmitonnet P., Mocellin K. Impact of the different friction coefficients on the tools on the mechanics of the mannesmann 2-roll tube piercing // ISIJ International. 2020. Vol. 60. P. 2917–2926.
14. Zhang H., Wang B., Feng P., Wang J., Liu W. Numerical and experimental study on axial feed skew rolling of small-diameter gh4169 alloy bars // Journal of Physics: Conference Series. 2023. Vol. 2437. 012051.
15. Liu F., Qiu Y. L., Song Z. H., Wang S. W. Numerical simulation of the piercing process of large-sized seamless steel tube // Applied Mechanics and Materials. 2013. Vol. 319. P. 444–450.
16. Yamane K., Kazuhiro S., Yamane A. Three-dimensional numerical analysis of rotary piercing process // XIV International Conference on Computational Plasticity. Fundamentals and Applications. COMPLAS 2017. P. 114–121.
17. Berazategui D. A., Cavaliere M. A., Montelatici L., Dvorkin E. N. On the modelling of complex 3D bulk metal forming processes via the pseudo-concentrations technique. Application to the simulation of the Mannesmann piercing process // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2006. Vol. 65. No 7. P. 1113–1144.

18. Bogatov A., Nukhov D., Toporov V. Simulation of Rotary Piercing Process // Metallurgist. 2017. Vol. 61. No. 1–2. P. 101–105.
19. Гуляев Ю. Г., Шифрин Е. И., Лубе И. И., Гармашев Д. Ю., Николаенко Ю. Н. Определение геометрических параметров очага деформации в станах поперечно-винтовой прокатки // Сталь. 2013. № 11. С. 53–55.
20. Chiluveru S. Computational modeling of crack initiation in cross-roll piercing. — Massachusetts institute of technology, 2007. — 89 p.
21. Fanini S. Modelling of the Mannesmann effect in tube piercing. — URL: http://paduaresearch.cab.unipd.it/1552/1/Silvio_Fanini_Tesi_Dottorato.pdf (дата обращения: 04. 10. 2023).
22. Li Shengzhi, Chen Dahong, Sun Zhongjian. Influence of cross angle on stress and strain of tube blanks during rotary rolling // Iron and Steel. 2001. Vol. 36. P. 34–38.
23. Скрипаленко М. М., Романцев Б. А., Галкин С. П., Капуткина Л. М., Скрипаленко М. Н. Исследование деформационных и структурных особенностей на разных стадиях двух- и трехвалковой винтовой прокатки // Сталь. 2019. № 10. С. 32–38.
24. Власов А. В., Стебунов С. А., Евсюков С. А., Биба Н. В., Шитиков А. А. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки. — М. : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 383 с.
25. Потапов И. Н., Полухин П. И. Новая технология винтовой прокатки. — М. : Металлургия, 1975. — 344 с.
26. Потапов И. Н., Полухин П. И. Технология винтовой прокатки. Изд. 2, перераб. и доп. — М. : Металлургия, 1990. — 344 с.
27. Галкин С. П. Теория и технология стационарной винтовой прокатки заготовок и прутков малопластичных сталей и сплавов : дисс. … докт. техн. наук. — Москва, 1998. — 401 с.
28. 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.
29. 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.
30. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. — М. : Металлургия, 1986. — 688 с.