ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия:
Ю. Н. Логинов, докт. техн. наук, профессор кафедры ОМД, эл. почта: j.n.loginov@urfu.ru
М. П. Пузанов, аспирант кафедры ОМД

Исследовано влияние анизотропии свойств на напряженно-деформированное состояние при прокатке полосы из электротехнической стали. Использованы формулировки определяющих соотношений для анизотропных материалов, из которых следовала необходимость измерения прочностных свойств материала в различных направлениях. В экспериментальной части работы для определения коэффициентов анизотропии материала использовали электротехническую сталь промышленного производства следующего химического состава, %: 0,03 C; 3,2 Si; 0,3 Mn; 0,01 Ni; 0,015 Al; 0,002 Cr; 0,55 Cu; 0,003 Ti; 0,01 N. Полоса исследуемой стали была прокатана в холодном состоянии при начальной толщине 2,5 мм до конечной толщины 0,7 мм за 4 прохода с суммарным обжатием 72 %. Для расчета коэффициентов уравнения пластичности Хилла требуется проведение испытаний в нормальном к плоскости листа направлении, поэтому наиболее подходящим методом исследования механических свойств тонколистового материала является измерение микротвердости. Из холоднокатаного листа были подготовлены плоские образцы размером 0,7×10×20 мм с различной ориентацией относительно системы координат процесса прокатки. Испытания проводили на установке Shimadzu HMV-G21DT вдавливанием четырехгранной пирамиды с квадратным основанием по методу восстановленного отпечатка, величина статической нагрузки составила 0,049 Н. По итогам статистической обработки результатов испытаний была получена зависимость среднего значения твердости холоднокатаной электротехнической стали от направления измерения. С помощью известной связи между условным пределом текучести материала и твердостью установили значения коэффициентов уравнения пластичности Хилла. В теоретической части работы методом конечных элементов решали краевую задачу тонколистовой прокатки для изотропной и анизотропной среды при назначении соответствующих граничных условий. Приведено распределение напряжений и деформаций в прокатываемой полосе. Выявлены отличия в напряженно-деформированном состоянии металла в очаге деформации. Продольные напряжения для прокатки анизотропной полосы оказались выше на 40 %, а напряжения вдоль толщины проката — ниже на 15 %, чем соответствующие параметры при прокатке изотропной полосы.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Программы № 211 Правительства Российской Федерации, контракт № 02.A03.21.0006.

1. Казаков А. А., Киселев Д. В., Казакова Е. И., Курочкина О. В., Хлусова Е. И., Орлов В. В. Влияние структурной анизотропии в ферритно-бейнитных штрипсовых сталях после термомеханической обработки на уровень их механических свойств // Черные металлы. 2010. № 6. С. 7–14.
2. Moy C. K. S. et al. Influence of heat treatment on the microstructure, texture and formability of 2024 aluminium alloy // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 552. P. 48–60.
3. Elsner A., Kaspar R., Ponge D. Recrystallization texture of cold rolled and annealed IF steel produced from ferritic rolled hot strip // Materials Science Forum. 2004. Vol. 467–470, Iss. 1. P. 257–262.
4. Chen Q, Pan Q., Wei L. Microstructures and properties of Al–Mg–Sc aluminum alloy sheet at different orientations // Journal of Central South University (Science and Technology). 2013. Vol. 44, Iss. 3. P. 921–929.
5. Shekhawat S. T. Magnetic properties in deformed grain oriented steel: on the role of strain hardening exponent and microstructural developments // ISIJ International. 2012. Vol. 52, Iss. 11. P. 2100–2108.
6. Solovei V. D., Loginov Yu. N., Puzanov M. P. Evaluating the flow stress of electrical steel under cold rolling in terms of the strain-rate hardening effect // AIP Conference Proceedings. 2016. Vol. 1785. P. 04007. DOI: 10.1063/1.4967132
7. Kononov A. A., Zotov O. G., Shashurin A. I. Distribution of crystallographic orientations in an anisotropic electrical steel under rolling stages // Metal Science and Heat Treatment. 2014. Vol. 56, Iss. 7–8. P. 49–53.
8. Кандиотти М., Шино Г. Д., Хартунг Х. Г., Хаентджес М., Пюттген В., Сассе Ц. Комплексные линии обработки полосы из электротехнической стали с ориентированным зерном // Черные металлы. 2011. № 7-8. С. 61–66.
9. Kustas A. B., Johnson D. R., Trumble K. P., Chandrasekar S. Enhancing workability in sheet production of high silicon content electrical steel through large shear deformation // Journal of Materials Processing Technology. 2018. Vol. 257. P. 155–162.
10. Lobanov M. L., Redikultsev A. A., Kagan I. V., Pervushina O. V., Rusakov G. M. Effect of the grain orientation in the material used for the preparation of an ultrathin electrical steel on its texture and magnetic properties // The Physics of Metals and Metallography. 2011. Vol. 111, Iss. 5. P. 479–486.
11. Loginov Y. N., Puzanov M. P. Finite element modeling of the upsetting of an anisotropic cylindrical workpiece // Proceedings of the 11^th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures. 2017. Vol. 1915. P. 040033.
12. Писаренко Г. С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести. Справочное пособие. — Киев : Наук. думка, 1981. — 496 с.
13. Богатов А. А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Учебное пособие для вузов. — Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. — 329 с.
14. Finelli A., Labanti M. Analysis of the influence of the anisotropy induced by cold rolling on duplex and super-austenitic stainless steels // Frattura ed Integrità Strutturale. 2010. №. 13. P. 24–30.
15. Третьяков А. В., Зюзин В. И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением: справочник. — М. : Металлургия, 1973. — 224 с.
16. Prates P. A., Oliveira M. C., Fernandes J. V. On the equivalence between sets of parameters of the yield criterion and the isotropic and kinematic hardening laws // Int. J. Mater. Form. 2015. Vol. 8, Iss. 4. P. 505–515.
17. Еремин Г. Н., Молотилов Б. В., Бахтин С. В., Парахин В. И. Современные тенденции в технологии и технологических приемах повышения качества холоднокатаного проката из трансформаторной стали // Производство проката. 2018. № 2. С. 7–14.