Розвиток наукових основ та розробка технологічних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з прогнозованим рівнем властивостей металу

. (33)

Частка обтиснень по діаметру визначається за допомогою залежностей (13) та (14). Діаметр рівчака калібру визначається за залежністю:

, (34)

де D3 - діаметр заготовки.

Діаметр оправки:

, (35)

де tx - товщина стінки робочого конусу:

, (36)

де tтр та Dтр відповідно товщина стінки та діаметр труби після прокатки.

На практиці для розрахунку інструменту замість Dx слід використовувати еквівалентний діаметр Dекв, а потім, за допомогою коефіцієнта kbх, переходити до фактичних розмірів рівчака калібрів та оправки.

Застосування запропонованого методу розрахунку режиму деформації дозволило привести розподіл часткових деформацій по довжині робочого конуса у відповідність до зміни властивостей металу. Так, при прокатці труб зі сталі AISI 304 (уВЗ = 616 МПа; уТЗ = 305 МПа) за маршрутом 38х3,6 > 18х1,5 мм з використанням інструмента, який був побудований за різними методами визначення режиму деформації по довжині робочого конусу (див. розділ 3), відношення заміряних значень напруження міцності до напруження текучості (kуx) змінювалвісь у відповідності до розподілу частки деформації по діаметру у сумарній деформації (рис. 8).

Причому найбільше значення (kуx) характерно для прокатки з використанням інструменту, виготовленого за запропонованим у даній роботі методом розподілу частки деформації по діаметру у сумарній деформації. Кінцеві властивості та показники їх використання склали: для методу 1 - (уВтр = 804 МПа; уТтр = 710 МПа; kутр = 1,13; SуУ = 1,78); для методу 2 - (уВтр = 780 МПа; уТтр = 572 МПа; kутр = 1,36; SуУ = 1,48); для методу 3 - (уВтр = 837 МПа; уТтр = 558 МПа; kутр = 1,5; SуУ = 1,34).

Середній бал зерна, визначений за методикою ASTM E 112 після термічної обробки за однаковими режимами склав: 6,5 - для методу 1; 6,7 - для методу 2; 8,9 - для методу 3. Труби, що були прокатані з використанням інструмента, який виконаний за методами розрахунку режимів деформації 1 та 2, не відповідали вимогам замовника (розмір зерна не більш 7 балу). Структура металу труб, що були прокатані з використанням запропонованого у роботі методу розрахунку режиму деформації (метод 3), на відміну від методів 1 та 2, має зерно 10…11,5 балів та зовсім не має великих зерен 3,5…4 балів. Це свідчить про те, що розподіл частки деформації по діаметру у деформації по площі поперечного перерізу у відповідності до характеру зміни властивостей металу з урахуванням знакозмінності деформації дозволяє отримувати труби з дрібнозернистою структурою, яка забезпечує підвищений ресурс властивостей в умовах подальшої експлуатації.

Прогнозування властивостей труб після холодної пільгерної прокатки.

Таблиця 1 - Результати прогнозування властивостей труб після холодної пільгерної прокатки

У загальному випадку для прогнозування властивостей труб після холодної пільгерної прокатки вихідними даними є: властивості заготовки (увз та утз), параметри деформації (еD та еУ), а також коефіцієнт інтенсивності використання властивостей bD, який визначається або за залежністю (7), або експериментально для групи маршрутів прокатки, які характеризуються певним набором технологічних елементів. Далі за залежністю (6) визначається коефіцієнт використання властивостей SуУ, притаманний даному маршруту прокатки. Для отримання розрахункового значення ресурсу властивостей труби kуз, ресурс властивостей заготовки kуз потрібно розділити на значення SуУ. Для отримання абсолютних значень напружень текучості та міцності готової труби можуть бути використані залежності (11) та (12). У таблиці 1 наведені фактичні та прогнозовані значення ресурсу властивостей, коефіцієнту використання властивостей, а також відносна погрішність прогнозування для маршрутів прокатки, режими для яких визначалися за методами 2 та 3 (Див. розділ 3). Дані таблиці 1 показують, що максимальна погрішність прогнозування ресурсу властивостей становить 8,35%, а збільшення ресурсу властивостей металу за рахунок використання розробленого технологічного режиму для всіх досліджених маршрутів становить 6,22…14,04% по фактичним даним.

Дослідження впливу запропонованого режиму деформації на точність геометричних розмірів труб проводилися для маршрутів прокатки:

57Ч5?38Ч3 мм, стан ХПТ 55, подача 7мм, еУ = 59,6%, еD = 55,9%;

32Ч2,8?16Ч1,5 мм, стан ХПТ 32, подача 7 мм, еУ = 80%, еD = 65,7%.

Встановлено, що у дослідженій партії кількість труб з мінімальними відхиленнями від номінальних розмірів збільшилася:

по симетричній різностінності - на 30…80%;

по ексцентричній різностінності - на 60…80%;

по овальності - на 16…48%.

У всіх випадках більші значення відповідали прокатці на стані більшого типорозміру зі збільшеною на 17,6% долею деформації по діаметру. Це підтверджує важливість раціонального розподілу деформації по діаметру по довжині робочого конусу.

Метод розрахунку режиму деформації для холодної пільгерної прокатки труб із зовнішніми та внутрішніми поздовжніми ребрами. Головним фактором, який утруднює процес холодної пільгерної прокатки труб з некруглою формою поперечного перерізу є зміна властивостей металу під час деформації, яка у багатьох випадках призводить до розтріскування робочого конуса.

Для усунення цього негативного фактору необхідно узгодження режиму деформації та зміни властивостей металу по довжині робочого конусу з урахуванням форми поперечного перерізу робочого конусу, яке запропоновано в роботі. Це можливо при використанні методу еквівалентних розмірів поперечного перерізу.

Так, для прокатки труб з внутрішніми ребрами визначення еквівалентного внутрішнього радіусу Rэ робочого конусу можливо на підставі рівності площ поперечного перерізу металу по обидва боки від окружності еквівалентного радіусу за допомогою рівняння:

(37)

де: х - поточна координата, f1(x) - функція, що описує лінію ab, f2(x) - функція, що описує лінію bc, f3(x) - функція, що описує лінію cd. ха, xb, xc, xd - лінійні координати точок a, b, c та d у яких функції змінюють свій вигляд, хN - лінійна координата точки, яка відповідає перетину еквівалентного радіусу та однієї з функцій f1(x), f2(x) або f3(x) за умови рівності площ.

Рішення рівняння (37) за умови того, що функції f1(x), f2(x) або f3(x) визначені, наприклад, замовником труб, дозволяє визначити еквівалентний внутрішній радіус для конкретного випадку прокатки. Аналогічно визначається й зовнішній еквівалентний радіус.

Розподіл часткових обтиснень для розрахунку технологічного режиму розраховується саме для еквівалентних розмірів поперечного перерізу за залежностями (15…18). Зміна поперечного профілю інструменту по довжині робочого конусу визначається шляхом вирішення рівняння (18) відносно Dцx. Для виготовлення труб з гвинтовими поздовжніми ребрами (рис. 9, а), розрахунок інструменту ведеться аналогічно урахуванням куту повороту. Особливістю прокатки труб із зовнішніми ребрами є те, що при прокатці плавникових труб (рис. 9, б) механізм повороту робочого конусу відключають, а при прокатці ребристих труб (рис. 9, в) - встановлюють кратною центральному куту між ребрами. Прокатку рекомендовано проводити при зменшених на 50…70% величинах подачі. Використання рівняння (10) зв'язку параметрів режиму деформації та зміни властивостей металу при розрахунку інструменту для прокатки труб з некруглою формою поперечного перерізу важливо з огляду на те, що менш зміцнений метал дає змогу формувати більш високі ребра. Так, при прокатці труб зі сталі 12Х1МФ та сталі 20 з прямими та гвинтовими поздовжніми ребрами при відношенні товщини стінки у вершині ребра та на його дні як 2:1, з використанням інструменту, розрахованого за запропонованим методом, на відміну від інших методів розрахунку, за якими прокатка проводилася з відповідними параметрами деформації, було досягнуто повне виконання заданої форми поперечного перерізу. Дефектів відмічено не було.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведені теоретичні узагальнення та нове рішення науково-прикладної проблеми, яка полягає у визначенні знакозмінного впливу деформації по діаметру та площі поперечного перерізу на зміну властивостей металу при розробці раціональних деформаційних, теплових та кінематичних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з прогнозованим рівнем властивостей металу, які б забезпечували високі показники якості та можливість подальшого деформування труб при виробництві готових виробів.

Огляд літературних джерел показав, що відомі методи розрахунку режимів деформації не враховують впливу частки деформації по діаметру у сумарній деформації, а також не достатньо враховують форму поперечного перерізу на зміну властивостей металу труб. Це приводить до неефективного використання ефекту знакозмінності деформацій та напружень та підвищеного неконтрольованого зміцнення металу, що обмежує деформаційні можливості способу холодної пільгерної прокатки труб, збільшує циклічність виробництва і унеможливлює задоволення потреб ринку у трубах з високими споживчими характеристиками, зокрема прогнозованим рівнем властивостей металу і некруглою формою поперечного перерізу, що, у свою чергу, робить розглянуту у роботі проблему актуальною.

Вперше отримано залежність, яка пов'язує частку деформації по діаметру у сумарній деформації з показником зміни властивостей металу при холодній пільгерній прокатці труб. Отримана залежність враховує частку деформації по діаметру, як параметру деформації, що суттєво впливає на відношення напруження міцності до напруження текучості металу після циклу прокатки. Встановлено, що зменшення частки деформації по діаметру в сумарній деформації для всіх досліджених маршрутів прокатки і технологічних елементів призводить до збільшення відношення напруження міцності до напруження текучості, визначеного у роботі як ресурс властивостей металу. Інтенсивність такого збільшення залежить від параметрів деформації та технологічних елементів процесу, зокрема методу розрахунку режиму деформації, теплового режиму прокатки, параметрів обладнання та величини подачі. Визначено, що відношення ресурсів властивостей металу до та після деформації є показником використання властивостей металу в конкретних умовах деформації. До залежності також входить показник, який дозволяє в діапазоні від 0 до 1 оцінити ефективність технологічних елементів з точки зору використання ресурсу властивостей металу. Так, для досліджених маршрутів найгірший показник, рівний 0,97, має холодна прокатка на лінійно-конусній оправці. Збільшення подачі при теплій прокатці на 50% призводить збільшення цього показнику з 0,7 до 0,92, метод пропорційних обтиснень дозволяє отримати показник 0,5. Застосування залежності дозволяє оптимізувати параметри деформації для мінімізації використання ресурсу властивостей, а також при заданих параметрах деформації прогнозувати властивості металу готових труб.

Вперше визначено залежності частки деформації по діаметру від сумарної деформації в умовах безперервного нарощування сумарної деформації по довжині робочого конусу та відповідної зміни властивостей металу при холодній пільгерній прокатці труб. Залежності враховують поточні параметри зони деформації, зміну властивостей металу та у визначених граничних умовах забезпечують варіювання по довжині робочого конусу частки деформації по діаметру для утримання властивостей металу у потрібному діапазоні. Це дозволяє розподіляти деформацію по діаметру по довжині робочого конусу не обмежуючись параметрами маршруту прокатки, що у свою чергу, надає більшої гнучкості у проектуванні технології прокатки.

Визначено особливості застосування рівняння зв'язку параметрів деформації та зміни властивостей для розподілу деформації по довжині робочого конусу та встановлено рівень погрішності прогнозування властивостей металу при прокатці із заданими параметрами деформації на рівні 5,7%.

Науково обґрунтовані напрямки розвитку методу розподілу часткових деформацій по довжині робочого конусу з урахуванням особливостей холодної пільгерної прокатки сталей, деформування яких у звичайних умовах ускладнено. Удосконалено розподіл часткових деформацій по діаметру і товщині стінки у частині визначення характеру зміни площі поперечного перерізу робочого конусу, який відповідає отриманим даним про зміну властивостей металу під час деформації. Встановлено, що врахування характеру зміцнення металу, а також масштабного фактору для різних типорозмірів стану ХПТ при розподілі часткових деформацій по довжині робочого конусу дозволяє зменшити максимальні значення вертикальної сили прокатки на 5…12%, а вісьової - на 10…35%. що, у свою чергу, призводить до покращення показників якості труб за геометричними розмірами.

Експериментально підтверджений зв'язок таких параметрів процесу холодної пільгерної прокатки, як температура металу, розподіл часткових деформацій та однорідність структури металу з заданою величиною аустенітного зерна.

Вперше розроблено метод визначення еквівалентних розмірів поперечного перерізу робочого конусу в умовах знакозмінності деформації при холодній пільгерній прокатці труб. Метод враховує зміну форми поперечного перерізу робочого конусу по всій довжині периметру калібру. Це дозволяє підвищити точність визначення формозміни металу у тангенціальному напрямку. Зв'язок фактичних та еквівалентних розмірів здійснюється за допомогою показника, що змінюється у відповідності до поточного центрального кута. Встановлено, що при побудові поперечного профілю рівчака калібрів без врахування узгодженого зі зміною властивостей розподілу частки деформації по діаметру має місце немонотонна зміна ширини калібру у залежності від частки деформації по діаметру у сумарній деформації. Усунення такого недоліку при інших рівних умовах дозволяє на 7% підвищити ресурс властивостей металу у трубах після прокатки.

Вперше визначено залежність, яка пов'язує деформацію у поздовжньому та поперечному напрямах з урахуванням зміни частки деформації по діаметру по довжині робочого конусу при холодній пільгерній прокатці труб. Залежність узгоджує розвиток деформації у поздовжньому та поперечному напрямках з урахуванням впливу розподілу деформації по діаметру на зміну властивостей металу. Це дозволяє проектувати поперечний профіль інструменту за сучасними методами, включаючи каркасний метод, з урахуванням зміни властивостей металу по довжині робочого конусу. Встановлено, що зміна форми поперечного перерізу робочого конусу при незмінній площі поперечного перерізу впливає на розподіл частки деформації по діаметру у деформації по площі поперечного перерізу та, у відповідності до отриманих залежностей, на зміну властивостей металу. Доведено, що зміна форми поперечного профілю деформуючого інструменту для досліджених маршрутів прокатки дозволяє отримати зменшення напруження текучості на 18%, а напруження міцності - на 3% у порівнянні з прокаткою за базовим методом розрахунку, що підтверджує висновок про позитивний вплив знакозмінності деформації на властивості металу.

Дістав подальшого розвитку метод розрахунку режиму деформації при холодній пільгерній прокатці, який враховує зміну властивостей металу у зоні деформації та забезпечує отримання труб з прогнозованим рівнем властивостей металу. Це дозволяє розробити технологічний режим холодної пільгерної прокатки труб, ефективність якого може бути оцінена значенням показнику інтенсивності використання властивостей металу, рівним 0,47. Застосування розробленого технологічного режиму для промислових маршрутів прокатки дозволило збільшити різницю між напруженнями міцності та текучості на 6,22…14,04% за рахунок ефективного використання ефекту знакозмінності напружень в зоні деформації, а також збільшити у дослідженій партії кількість труб з мінімальними відхиленнями від номінальних розмірів: по симетричній різностінності - на 30…80%; по ексцентричній різностінності - на 60…80%; по овальності - на 16…48%. Встановлено, що температура початку та кінця рекристалізації в металі труб, які були прокатані за розробленим режимом на 25…50?С нижче, чим при прокатці по базовому методу. Структура металу для досліджених маршрутів складалася із зерен 10…11 балів та на відміну від базових режимів деформації не мала зерен 3…4 балу. Це свідчить про те, що раціональний розподіл сумарної деформації та деформації по діаметру по довжині робочого конусу дозволяє отримати рівномірну дрібнозернисту структуру, яка, забезпечує підвищений ресурс металу в умовах подальшої деформаційної обробки.

Одержали подальший розвиток на основі моделювання за методом скінчених елементів наукові уявлення про розподіл нормальних напружень по довжині робочого конусу та визначено залежності, які пов'язують коефіцієнт напруженого стану металу з параметрами деформації при холодній пільгерній прокатці труб. Ці залежності враховують варіювання параметрів деформації, зокрема зміни по довжині робочого конусу частки деформації по діаметру, відношення фактичних та еквівалентних розмірів поперечного перерізу та відношення поточних конусностей рівчака калібрів та оправки, що дозволяє врахувати вплив параметрів деформації на напружений стан металу. Використання розробленого у роботі режиму деформації дозволяє зменшити максимальні значення коефіцієнту напруженого стану металу у порівнянні з базовим режимом деформації з 1,05 до 0,72 за розтягаючими напруженнями та з 3,7 до 1,8 за стискаючими напруженнями, а також забезпечити плавність зміни цього коефіцієнту за рахунок раціонального розподілу часткових деформацій по довжині робочого конусу та використання методу еквівалентних розмірів для забезпечення знакозмінності напружень у зоні деформації.

Одержали подальший розвиток на основі експериментальних досліджень уявлення про взаємний вплив таких технологічних елементів холодної пільгерної прокатки як: температура металу, коефіцієнт витяжки, кількість подвійних рухів кліті, величина подачі, межа міцності, межа текучості, твердість поверхні та спосіб її охолодження. Отримані залежності взаємозв'язку технологічних елементів дозволяють підвищити точність розрахунків режимів деформації та розширити діапазон застосування способу теплої прокатки сталей на станах холодної пільгерної прокатки великого, середнього та малого типорозмірів. Розроблено спосіб для зміщення ведучої рейки за залежністю, що забезпечує мінімальну вісьову силу та визначено величину цього зміщення у залежності від різниці між вимушеним та природним катальними радіусами.

Розроблено технологічний режим холодної пільгерної прокатки труб із зовнішніми та внутрішніми поздовжніми ребрами, у якому знайшли відображення результати досліджень впливу розподілу частки деформації по діаметру у сумарній деформації на зміну властивостей металу та застосований метод еквівалентних розмірів робочого конусу для зв'язку між поздовжнім та поперечним профілями рівчаку калібрів. При прокатці труб зі сталі 12Х1МФ та сталі 20 з відношенням товщини стінки у вершині ребра та між ребрами 2:1 з використанням інструменту, розрахованого за запропонованим методом було досягнуто повне виконання заданої форми поперечного перерізу за один цикл деформації.

Визначено критерій оцінки ефективності технологічних елементів холодної та теплої пільгерної прокатки з точки зору використання ресурсу властивостей металу, а також визначити значення цього критерію для груп маршрутів прокатки труб з аустенітних сталей. Розроблені рекомендації щодо прогнозування рівню властивостей у промислових умовах та методика прогнозування властивостей металу після холодної пільгерної прокатки, які по даним про базові властивості металу, параметри деформації та технологічні елементи конкретного способу прокатки дозволяють прогнозувати зміну властивостей металу з погрішністю +7,7…-4,99%. Для досліджених промислових маршрутів прокатки досягнуто рівень погрішності прогнозування властивостей в трубах після прокатки на рівні 0,24…8,37%.

Теоретичні і експериментальні результати розробок, наведені в дисертації, використані в умовах: ЗАО «Сентравис продакшн Україна» - аналіз властивостей сталей AISI 304, 316 та 31803, режим деформації труб з прогнозованим рівнем властивостей (довідка від 17.12.2009р.); ЗАТ „ЮТіСТ” - режими деформації для холодної пільгерної прокатки труб із сталі ШХ 15 з підвищеною деформацією по діаметру (довідка від 15.10.2009 р.); ЗАТ „Дніпровський завод „Алюмаш” - залежності впливу обтиснень по діаметру на властивості труб (довідка від 15.09.2009 р.); ДП «Укрдіпромез» - метод побудови поперечного профілю рівчака калібрів для прокатки труб з підвищеними вимогами до властивостей металу (довідка від 5.10.2009 р); ТОВ «Прецизіон труб юг» (довідка від 21.12.2009 р) - розрахунок режиму деформації для прокатки труб з гвинтовими внутрішніми ребрами. ТОВ «Стальконструкція» (довідка від 5.12.2008 р) - елементи конструкції стана холодної пільгерної прокатки, таблиці маршрутів прокатки, розрахунок енергосилових параметрів. Інститут матеріалознавства Гановерського університету ім. Ляйбниця (ФРН) (лист підтримки від 22.02.2010 р.) - вплив параметрів двофазного охолодження на властивості, твердість та залишкові напруги в геометричних моделях; відділ інженерії процесів та фізики матеріалів університету „Політехніка Ченстохова” (Республіка Польща) (Довідка про застосування від 24.11.2009 р.) - прогнозування властивостей аустенітних сталей в умовах змінних параметрів деформації. Розробки, які виконані в дисертації, використовуються у навчальному процесі на кафедрі обробки металів тиском Національної металургійної академії України (довідка від 4.01.2010 р.).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У РОБОТАХ

1. Фролов В. Ф. Холодная пильгерная прокатка труб : Монография / Фролов В. Ф., Данченко В. Н., Фролов Я. В. - Дніпропетровськ : Пороги, 2005. - 255 с.

2. Фролов Я. В. Температура металла при холодной пильгерной прокатке труб / Я. В. Фролов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 3. - С. 57-59.

3. Данченко В. Н. Совершенствование технологии и оборудования для холодной пильгерной прокатки труб / В. Н. Данченко, Я. В. Фролов, В. Т. Вышинский // Сталь. - 2003. - № 4. - С. 48-54.

4. Фролов Я. В. Проектирование интенсивных режимов деформации при пильгерной прокатке прецизионных труб / Я. В. Фролов // Сучасні проблеми металургії. (Наукові вісті. Пластична деформація металів). Том 7. - Дніпропетровськ: Системні технології, 2004. - C. 180-192.

5. Данченко В. Н. Развитие научных основ процесса холодной и теплой пильгерной прокатки / В. Н. Данченко, Я. В. Фролов //Развитие теории процессов производства труб: Сб. научн. тр. НМетАУ - Днепропетровск: Системные технологии. - 2005. - С. 134-157.

6. Фролов Я. В. Определение режима деформации при теплой пильгерной прокатке котельных труб с однородной структурой / Я. В. Фролов, Ю. Ю. Мацко, Ю. Ж. Шпак, И. А. Панасенко // Сучасні проблеми металургії. (Наукові вісті. Пластична деформація металів) Дніпропетровськ: Системні технології. - 2005. - № 8 - С. 419-424.

7. Дехтярьов В. С. Тримірне моделювання параметрів холодної пільгерної прокатки / В. С. Дехтярьов, Я. В. Фролов // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2006. - С. 59 - 64.

8. Frolov Ya. V. The heat conditions of the pilger rolling / Ya. V. Frolov, I. Mamuzic, V. N. Danchenko // Metallurgia. - 2006. - № 3. - С. 179-184.

9. Дехтярев В.С. Уменьшение эксцентричной разностенности при холодной пильгерной прокатке труб / В. С. Дехтярев, Ю. Ю. Мацко, Я. В. Фролов // Металл и литье Украины. -2006. - № 11-12. - С. 39-41.

10. Дехтярев В.С. Эффективная калибровка для станов холодной прокатки труб / В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов // Вісник Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут": Машинобудування. - К.: НТУУ "КПІ", 2007. - Вип. 51. - С.148-154.

11. Фролов Я. В. Определение упругой деформации оправки стана ХПТ при прокатке тонкостенных труб / Я. В. Фролов, В. С. Дехтярев, Ю. Ю. Мацко // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2007. -С.335-338.

12. Дехтярев В.С. Новый метод построения поперечного профиля рабочей части ручья калибров станов ХПТ / В.С. Дехтярев, Я.В. Фролов // Теория и практика металлургии. - 2007. - № 1. - С. 25-29.

13. Данченко В.М. Аналіз механізмів зниження вісьових сил на станах ХПТ / В. М. Данченко, В. Т. Вишинський, А. В. Сьомічев, Я. В. Фролов, С. Р. Рахманов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 1. - С. 46-49.

14. Сьомічев А. В. Вісьові сили в осередку деформації при холодній пільгерній прокатці / А. В. Сьомічев, Я. В. Фролов, В. М. Данченко // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 5. - С. 79-81.

15. Фролов Я. В. Требования к технологии и оборудованию холодной пильгерной прокатки / Я. В. Фролов // Теория и практика металлургии. - 2008. - № 1. - С. 58-66.

16. Терещенко А. А. Метод расчета инструмента для холодной пильгерной прокатки труб по маршрутам с повышенной деформацией по диаметру / А. А.Терещенко, Я. В. Фролов // Теория и практика металлургии. - 2008. - № 5- 6. - С. 102- 106.

17. Терещенко А.А. Параметры технологических элементов при производстве труб для энергетического машиностроения / А. А. Терещенко, В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов // Сучасні проблеми металургії. (Наукові вісті. Пластична деформація металів). - Дніпропетровськ: Системні технології. - 2008. - Т.11. - С. 385-392.

18. Проектирование калибровки инструмента станов холодной пильгерной прокатки труб / В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов, В. В. Бояркин, К. Краузе // Теория и практика металлургии. - 2008. - № 2. - С. 43-45.

19. Randschichtvergьten von Zahnwellen mittels Wasser-Luft-Sprьhkьhlung / Krause, C.; Hassel, T.; Frolov, I.; Gretzki, T.; Kдstner, M.; Seewig, J.; Bormann, D.; Bach, Fr.-W. // HTM 63, 1, S. 22 - 26, 2008

20. Фролов Я.В. Развитие методов расчета калибровки станов ХПТ / Я. В. Фролов, В. С. Дехтярев // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2009 - №2. - С. 52-54.

21. Дехтярев В.С. Анализ упругой деформации валка при холодной пильгерной прокатке на станах ХПТ 55 / В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов, А. С. Бобух // Теория и практика металлургии. - 2009. - № 5- 6. - С. 64- 66.

22. Manufacturing Surface Hardened Components of 42CrMo4 by Water-Air Spray Cooling / T. Gretzki, C. Krause, I. Frolov, T. Hassel, M. Nicolaus, Fr.-W. Bach, M. Kastner, O. Abo-Namous // Steel research international. - 2009. - № 12 (80). - S. 906- 915.

23. Опыт внедрения способа прокатки труб с подачей и поворотом труб-заготовок при полном ходе рабочей клети на станах холодной прокатки / А. А.Терещенко, А. П. Головченко, Я. В. Фролов, В. С. Дехтярев // Бюллетень научно-технической и экономической информации. «Черная металлургия». - 2009. - №1. - С. 63-64.

24. Технологические аспекты производства холоднодеформированных труб для энергетического машиностроения / А. А. Терещенко, А. П. Головченко, В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов // Сталь. - 2009. - № 1. - С. 66-70.

25. Фролов Я. В. Учет упрочнения металла теплообменных труб из аустенитных сталей при периодической прокатке на станах ХПТ / Я. В. Фролов, А. А. Терещенко, С. С. Дудка // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». - 2009. - № 9. - С. 61 - 63.

26. Дехтярев В. С. Комплексный подход к реализации новых технологий производства прецизионных холоднодеформированных труб / В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов, А. А. Терещенко // Металлург. - 2009. - № 3. - С. 55-58.

27. Фролов Я. В. Влияние ширины ручья калибров станов ХПТ на изменение механических свойств металла труб / Я. В. Фролов, А. А. Терещенко, А. П. Головченко // Обработка материалов давлением. - 2009. - № 1(20). - С. 257-260.

28. Нова технологічна схема підготовки труб з нержавіючих сталей та сплавів до фінішної обробки / А. А. Терещенко, А. П. Головченко, Я. В. Фролов, В. С. Дехтярев // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2009. - №1. - С. 80-82.

29. Surface hardening spline geometries of heat-treatablesteel CF53 using water-air spray cooling / Frolov I. V., Gretzki Th., Yu Z., Nuernberger F. Hassel Th., Bach Fr.-W. // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2009. - С. 270-275.

30. Фролов Я.В. Розвиток методу розрахунку параметрів інструменту для холодної пільгерної прокатки труб / Я. В. Фролов // Теория и практика металлургии. - 2009. - № 5-6. - С. 67-70.

31. Фролов Я.В. Влияние параметров режима деформации на механические свойства металла при холодной пильгерной прокатке труб / Я. В. Фролов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2010. - №1. - С. 71-73.

32. Фролов Я.В. Розвиток та застосування методів розрахунку інструменту для холодної пільгерної прокатки труб / Я. В. Фролов, В.С. Дехтярьов // Теория и практика металлургии. - 2010. - № 1-2. - С. 103-106.

33. Фролов Я.В. Холоднокатаные трубы с внутренними и наружными ребрами / Я. В. Фролов // Современные направления производства сварных и бесшовных труб из черных и цветных металлов: тематич. сб. науч. трудов International Тube Аssociation. - Днепропетровск: - 2007. - С. 195-203.

34. Frolov Ya. V. Widening of Warm Rolling Purposes for Non-Austenite Steels in Precision Tubes Production / Ya. V. Frolov // Advances in metallurgical processes and materials: тематич. сб. науч. трудов Advance Technologies in Metallurgy. - Днепропетровск:- 2007. - С. 231-238.

35. Спосіб холодного або теплого пільгерного прокатування труб з внутрішніми повздовжніми ребрами: Патент 21301: Україна, МПКВ21В 21/00 / Фролов В. Ф., Фролов Я. В., Сенина Т. В.; власник патенту Державне підприємство «Науково-дослідний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю. Осади». - № u200609061 ; заявл. 15.08.06 ; опубл. 15.03.07, Бюл. №3.

36. Спосіб холодного або теплого прокатування труб із зовнішніми повздовжніми ребрами: патент 21300: Україна, МПК В21В 21/00 / Фролов В. Ф., Фролов Я. В., Сенина Т. В.; власник патенту Державне підприємство «Науково-дослідний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю. Осади». - № u200609059 ; заявл. 15.08.06; опубл. 15.03.07, Бюл. №3.

37. Робоча кліть стана холодної пільгерної прокатки труб: патент 65161: Україна, МПК 7В21В21/04, В211321/00. / Фролов В. П., Фролов Я. В., Сенина Т. В., Смирнов В. Г., Данильченко В. В. ; власник патенту ЗАТ «Ново-краматорський машинобудівний завод». _ № 2003065369 ; заявл. 10.06.03 ; опубл. 15.03.04, Бюл. №3.

38. Спосіб регулювання величини примусового катаючого радіуса валків і стан холодної пільгерної прокатки труб для його реалізації: патент 65925: Україна, МПК 7В21132/00 / Фролов В. П., Фролов Я. В., Чубарь А. Г., Смирнов В. Г., Данильченко В. В.; власник патенту ЗАТ «Ново-краматорський машинобудівний завод». _ № 2003076169 ; заявл. 03.07.03 ; опубл. 15.04.04, Бюл. №4.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві:

[1] - параграфи 1.3, 2.1, розділи 3, 5, 7 та 10; [3] - аналіз режимів деформації при холодній пільгерній прокатці; [5] - аналіз теоретичних підґрунть режимів деформації; [6] - розрахунок режиму деформації, аналіз впливу розподілу деформації на однорідність структури металу; [7] - постановка задачі тримірного моделювання холодної пільгерної прокатки, аналіз та узагальнення результатів; [8] - дослідження теплового режиму холодної пільгерної прокатки труб; [9] - постановка задачі дослідження зміни товщини стінки від параметрів поперечного профілю інструменту, аналіз та узагальнення результатів; [10] - обґрунтування методів урахування масштабного фактору при створенні режиму деформації, аналіз та узагальнення результатів; [11] - постановка задачі врахування пружної деформації оправки, аналіз та узагальнення результатів; [12] - постановка задачі створення поперечного профілю, який відповідає раціональному напружено-деформованому стану при холодній пільгерній прокатці труб з високою точністю, аналіз та узагальнення результатів; [13], [14] - дослідження впливу вісьових сил на режим деформування та якість труб; [16] - дослідження закономірностей прокатки труб з підвищеними обтисненнями по діаметру; [17] - обґрунтування характеристик технологічних елементів холодної пільгерної прокатки труб для енергетичного машинобудування; [18] - узагальнення основних методів проектування калібровок інструменту; [19], [22], [29] - експериментальні дослідження впливу параметрів охолодження на твердість поверхні металу, апроксимація отриманих даних; [20] - розробка режиму деформації з урахуванням зміни властивостей металу; [21] - постановка задачі врахування пружної деформації валка, аналіз та узагальнення результатів; [23] - аналіз параметрів прокатки з подвійною подачею та поворотом; [24] - дослідження впливу технологічних елементів холодної пільгерної прокатки на режим деформування; [25] - постановка задачі та аналіз отриманих даних експериментального дослідження впливу деформації по діаметру на межу міцності металу робочого конусу; [26] - розробка методу врахування зміни властивостей металу при проектуванні режиму деформації; [27] - організація та проведення експериментального дослідження впливу параметрів поперечного профілю рівчака калібрів на зміну властивостей металу, обробка результатів; [28] - обґрунтування параметрів технологічної схеми підготовки труб до фінішної обробки; [32] - реалізація розробленого режиму деформації у методі розрахунку калібровки інструмента; [35], [36] - розробка методу розрахунку інструменту для прокатки труб з некруглою формою поперечного перерізу; [37], [38] - обґрунтування впливу кінематичних параметрів стану холодної пільгерної прокатки на режим деформації.

АНОТАЦІЇ

Фролов Я.В. Розвиток наукових основ та розробка технологічних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з Прогнозованим рівнем властивостей металу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.05. - Процеси і машини обробки тиском. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2010.

Дисертація присвячена врахуванню знакозмінного впливу параметрів деформації на зміну властивостей низколегованих та високолегованих сталей при холодній пільгерній прокатці та створенні на цій базі ефективних технологічних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з високими споживчими характеристиками, зокрема з прогнозованим рівнем властивостей металу та складною формою поперечного перерізу. Отримано залежність, яка пов'язує частку деформації по діаметру у сумарній деформації з показником зміни властивостей при холодній пільгерній прокатці труб. Визначено залежності частки деформації по діаметру від сумарної деформації в умовах безперервного нарощування сумарної деформації по довжині робочого конусу та відповідної зміни властивостей металу при холодній пільгерній прокатці труб. Розроблено метод визначення еквівалентних розмірів поперечного перерізу робочого конусу в умовах знакозмінності деформації. Визначено залежності, які пов'язують коефіцієнт напруженого стану металу з параметрами деформації. Одержали подальший розвиток уявлення про взаємний вплив температури металу, коефіцієнту витяжки, кількості подвійних рухів кліті, величини подачі, межі міцності, межі текучості, твердості поверхні та способу її охолодження. Роблено технологічний режим холодної пільгерної прокатки, який враховує зміну властивостей металу у зоні деформації та забезпечує отримання труб з прогнозованим рівнем властивостей металу. Розроблено технологічний режим холодної пільгерної прокатки труб із зовнішніми та внутрішніми поздовжніми ребрами. Розроблені методика та рекомендації щодо прогнозування властивостей металу після прокатки.

Ключові слова: холодна пільгерна прокатка труб, режим деформації, прогнозування властивостей металу; прецизійні труби; калібровка інструменту.

Фролов Я.В. Развитие научных основ и разработка технологических режимов холодной пильгерной прокатки прецизионных труб с прогнозированным уровнем свойств металла. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.05. - Процессы и машины обработки давлением. - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2010. Диссертация посвящена учету знакопеременного влияния параметров деформации на смену свойств низколегированных и высоколегированных сталей при холодной пильгерной прокатке и создании на этой базе эффективных технологических режимов холодной пильгерной прокатки прецизионных труб с высокими потребительскими характеристиками, в частности с прогнозируемым уровнем свойств металла и сложной формой поперечного сечения. Получена зависимость, которая связывает долю деформации по диаметру в суммарной деформации с показателем изменения свойств металла при холодной пильгерной прокатке труб. Получил развитие метод распределения частных деформаций по диаметру по длине рабочего конуса и метод расчета режима деформации при холодной пильгерной прокатке труб в части учета особенностей изменения свойств металла. Разработан метод определения эквивалентных размеров поперечного сечения рабочего конуса в условиях знакопеременности деформации. Определены зависимости, которые связывают коэффициент напряженного состояния металла с параметрами деформации. Получили дальнейшее развитие представления о взаимном влиянии температуры металла, коэффициента вытяжки, количества двойных ходов клети, величины подачи, напряжения прочности, напряжения текучести, твердости поверхности и способа ее охлаждения. Разработан технологический режим холодной пильгерной прокатки труб с внешними и внутренними продольными ребрами. Разработаны методика и рекомендации для прогнозирования свойств металла после прокатки. Ключевые слова: холодная пильгерная прокатка труб, режим деформации, прогнозирование свойств металла; прецизионные трубы; калибровка инструмента.

Frolov Ya.V. Development of scientific bases and deformation modes of cold pilger rolling of tubes with predicted metal properties. - Manuscript.

Thesis for Doctor's of Technical Science degree by the speciality 05.03.05. - Processes and machines for pressure treatment. - National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipropetrovsk, 2010.

Dissertation is devoted to solving the problem of incorporation of the influence of deformation parameters to change the properties of metal during cold pilger rolling and developing on this base effective technological regimes cold rolling precision pipes with high consumer properties, including the predicted level of metal properties and no-round shape of cross section.

Dependence, which links the strain on the proportion of diameter and the properties of metal during cold pilger rolling, was obtained. Previously, cold pilger rolling remained change properties depending on the total (in cross section area) strain. The dependence takes into account the proportion of strain on diameter, as the deformation that significantly affects the ratio of strength and yield stresses of metal after rolling cycle. Determined that this ratio is an indicator of use the properties of metal deformation in specific pilger circumstances. The relationship is also an indicator that can range from 0 to 1 to evaluate the effectiveness of technological elements in terms of use of resource metal properties.

The characteristics of deformation during cold pilger rolling correlation that links the proportion of strain rate on diameter and use the properties of metal along the length of working cone is given. Scientifically base for the method of partial deformation distribution along the working cone for cold pilger rolling of steel, deformation of which under normal conditions is difficult is established. Relationship of such parameters of cold pilger rolling process, as the temperature of metal, distribution of partial deformation and homogeneity of metal structures is experimentally confirmed.

The method of determining equivalent dimension of cross-section of working cone at cold pilger rolling is found. The method takes into account the change in the working cone cross the entire length of the die's perimeter. Actual and equivalent sizes connect by using indicator, which changes according to the current central angle. The dependence that links the deformation in longitudinal and transverse directions to the changing of deformation in diameter along the length of working cone at cold pilger rolling is established. Known dependence to determine the form of cross profile tool takes to account only total strain. Found that changing the relative width for the investigated rolling routes in certain limits to obtain yield stress decrease by 18%, ultimate tensile strength - 3% increase and relative elongation - 6.2%. The method for determining the mode of deformation during cold pilger rolling, which takes into account changes in the properties of metal in the zone of deformation and ensures a certain level tube's metal properties is developed. 6. Based on modeling by FEM research and the distribution of normal stresses along the working cone and determined dependence coefficient that relates the stress and the parameters of the metal deformation in cold pilger rolling is further developed. On the basis of experimental researches of mutual influence of such technological elements of cold pilger rolling as: temperature metal hood ratio, the number of mill movements, feed volume, strength, yield stress, ultimate tensile strength, surface hardness and method of technological cooling are further elaborated. A method to shift the leading dependence on rails, which provides minimum axial force and determine the amount of displacement depending on the difference between forced and natural rolling radius is found.

Technological modes of cold pilger rolling with external and internal longitudinal ribs which reflected the results of researches of the distribution of particle diameter on the deformation in total deformation to alter the properties of metal and applied the method of equivalent size of the working cone of communication between the longitudinal and transverse profiles sizes are found.

The recommendations concerning the prediction level properties at industrial conditions and methods of forecasting the properties of metal after cold pilger rolling are given. Key words: cold pilger rolling; partial deformation; prediction of properties of metal; precision tubes; tool design.

Размещено на Allbest.ru