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

В. М. Колокольцев, советник при ректорате, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: kwm@magtu.ru
Н. А. Феоктистов, заведующий кафедрой литейных процессов и материаловедения, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: fna87@mail.ru
Е. В. Скрипкин, аспирант кафедры литейных процессов и материаловедения, эл. почта: skripkin-86@yandex.ru
В. П. Чернов, профессор кафедры литейных процессов и материаловедения, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: tchernov42@mail.ru

Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия
В. К. Дубровин, профессор кафедры пирометаллургических технологий, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: dubrovinvk@susu.ru

Представлены результаты компьютерного моделирования процесса сплавления рабочего слоя прокатного валка из высоколегированной стали с сердцевиной, позволившие определить температурно-временные условия, при которых происходит прочное сцепление разнородных металлов, а также обеспечивается безаварийная работа прокатного валка в станах горячей прокатки. В процессе получения прокатного валка одной из важнейших операций является заливка сердцевины высокопрочным чугуном. Итогом этой операции является качественное сцепление рабочего слоя и сердцевины. Приведены результаты анализа температурно-временных параметров процесса сплавления рабочего слоя и сердцевины, а также определены условия, при которых достигается их наилучшее сцепление. Расчетным путем определены тепловые поля в системе «изложница — рабочий слой — сердцевина», которые формируются в этой системе после заливки высокопрочного чугуна. Определен градиент температур, который может быть достигнут при заливке чугуна поверх закристаллизовавшегося рабочего слоя, а также температурно-временные условия взаимодействия чугуна со сталью, обеспечивающие качественное сплавление рабочего слоя с сердцевиной. Результаты компьютерного моделирования в системе компьютерного моделирования «ПолигонСофт» проверены при помощи ультразвукового контроля опытного прокатного валка, а также оценены при помощи металлографического анализа зоны сплавления. Методом металлографического анализа исследована структура зоны сплавления стали и чугуна, проведен сравнительный анализ твердости сплавов в сечении бочки валка от сердцевины через зону сплавления к рабочему слою. Установлено, что твердость сердцевины в 2 раза ниже, чем рабочего слоя, протяженность зоны сплавления составляет порядка 1000 мкм.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-79-31018, https://rscf.ru/project/25-79-31018/.

1. Гулаков А. А., Тухватулин И. Х., Потапов М. Г. и др. Опыт производства центробежнолитых листопрокатных валков для станов горячей прокатки в условиях ЗАО «Кушвинский завод прокатных валков» // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2018. № 5(1421). С. 75–82.
2. Aigner M., Pellizzari M., Domitner J., Elizondo L., Fischbacher M., Laubichler I., Paar A., Reiter M., Trickl T., Sommitsch C. Influence of microstructure on degradation of cast graphitic high-speed steel // Wear. 2023. Vol. 522. Р. 78–91. DOI: 10.1016/j.wear.2023.204702
3. Schaefer M., Wahrburg J., Roth H. State estimation of material flow rate in a hot rolling mill for steel bars // IFAC-PapersOnLine. 2020. Vol. 53, Iss. 2. Р. 12044–12049. DOI: 10.1016/j.ifacol.2020.12.742
4. Шалаевский Д. Л. Определение износа поверхностей бочек рабочих валков в непрерывной чистовой группе клетей широкополосного стана горячей прокатки // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2022. Т. 78, № 12. С. 1054–1059. DOI: 10.32339/0135-5910-2022-12-1054-1059
5. Deng G. Y., Zhu H. T., Tieu A. K., Su L. H. et al. Theoretical and experimental investigation of thermal and oxidation behaviours of a high speed steel work roll during hot rolling // International Journal of Mechanical Sciences. 2017. Vol. 131–132. P. 811–826. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2017.08.024
6. Kolokoltsev V. M., Feoktistov N. A., Savinov A. S., Skripkin E. V. Development of new composition for sHSS steel used for hot rolling mill rolls at Magnitogorsk Iron and Steel Works // CIS Iron and Steel Review. 2022. Vol. 23. P. 24–27.
7. Феоктистов Н. А., Вдовин К. Н., Савинов А. С., Скрипкин Е. В. Исследование процесса формирования литой структуры валковой стали // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2020. № 7(242). С. 36–40. DOI: 10.35211/1990-5297-2020-7-242-36-40
8. Синнаве М. Новые марки прокатных валков и тенденции развития их производства // Сталь. 2003. № 7. С. 48–52.
9. Елкин В. Н., Гордо В. П., Мелюков В. В. Диффузионная сварка разнородных металлов в условиях горячего изостатического прессования // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2013. Т. 15, № 4. С. 68–73.
10. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1976. — 312 с.
11. Марукович E. И., Jong-Hoon Lee, Ki-Young Choi, Wee-Do Yoo, Мешков Д. A., Стеценко В. Ю. Получение биметаллических отливок сталь — твердый сплав // Литье и металлургия. 2006. № 3 (39). C. 57–60.
12. Белявский Г. И., Кузнецов С. В., Зиновьев Ю. А., Швецов В. Д. Литье с кристаллизацией под давлением биметаллических отливок // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2013. № 5 (102). C. 162–167.
13. Монастырский А. В., Власов Ю. Б. Система компьютерного моделирования литейных процессов // Автоматизация в промышленности. 2022. № 5. С. 54–58.
14. Монастырский А. В. О современных методах разработки и оптимизации технологических процессов в литейном производстве // Литейное производство. 2010. № 5. С. 19–22.
15. Кузнецов Г. В., Шеремет М. А. Разностные методы решения задач теплопроводности. — Томск : Изд-во ТПУ, 2007. — 172 с.
16. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. — Введ. 01.01.1983.
17. ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу. — Введ. 01.01.1969.