Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия:

Г. В. Шимов, доцент кафедры обработки металлов давлением, канд. техн. наук, эл. почта: g.v.shimov@urfu.ru

Н. И. Бушуева, инженер-исследователь научной лаборатории «Обработка металлов давлением», эл. почта: n.i.bushueva@urfu.ru

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия¹ ; Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия²:
Ю. Н. Логинов, профессор кафедры обработки металлов давлением¹, ведущий научный сотрудник², докт. техн. наук, эл. почта: j.n.loginov@urfu.ru

Выполнена оценка возможности получения товарной продукции в виде тонкой ленты из немерных отрезков труб. Рассмотрены два варианта переработки отрезков труб в ленту в холодном состоянии: сплющивание – прокатка – разделение (вариант 1) и сплющивание – разделение – прокатка (вариант 2). Для апробации предложенных схем применили физическое и компьютерное моделирование рассматриваемых процессов в конечно-элементной постановке. Компьютерное моделирование позволило установить закономерности накопления деформации в различных областях полосы от операции к операции и проанализировать вероятность разрушения металла в «опасных» зонах. Показано, что этап сплющивания формирует в кромках будущей ленты большие значения накопленной деформации, что впоследствии вызывает растрескивание ее боковых кромок. Кроме того, накопленная поврежденность металла в этих зонах приводит к необходимости их удаления после прокатки (вариант 1) либо сразу после сплющивания перед прокаткой (вариант 2). Лента, полученная обоими способами, имеет достаточно равномерное распределение степени деформации по сечению. Физическое моделирование позволило убедиться в возможности реализации предложенных технических решений. По обоим предложенным вариантам получена лента длиной 1,5 м. Показаны преимущества и недостатки обоих вариантов переработки таких отрезков труб. Установлено несколько дополнительных эффектов, связанных с прокаткой «двойной полосы». Внутренняя поверхность трубы после прокатки гладкая, ее шероховатость уменьшилась, а внешне она стала блестящей в отличие от наружной матовой поверхности. Этот эффект объясняется благоприятным напряженным состоянием на границе полоса – полоса, приводящим к разглаживанию поверхности ленты. В результате выполнения работы установлена принципиальная возможность внедрения рассматриваемого способа переработки немерных обрезков труб с получением товарной продукции без перевода металла в жидкую фазу.

Исследования проведены в рамках выполнения проекта Российского научного фонда (№ 22-29-00931 от 20.12.2021).

1. Смирнов В. В. Рециклинг — стратегическое направление повышения эффективности металлургии в Российской Федерации // Учет. Анализ. Аудит. 2018. Т. 5. № 4. С. 30–39.
2. Koe Nakajima. Recent trends of steel science and technology for environmental strategy // Journal of Materials Processing Technology. 1996. Vol. 59, Iss. 3. P. 221–232. DOI: 10.1016/0924-0136(95)02136-1
3. Weijian Tian, Haifei An, Xinjian Li, Hui Li et al. CO₂ accounting model and carbon reduction analysis of iron and steel plants based on intra- and inter-process carbon metabolism // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 360. 132190. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.132190
4. Serrenho A. C., Lupton R. C., Allwood J. M. Material flow analysis with multiple material characteristics to assess the potential for flat steel prompt scrap prevention and diversion without remelting // Environmental Science and Technology. 2020. Vol. 54, Iss. 4. P. 2459–2466. DOI: 10.1021/acs.est.9b03955
5. Lanzutti A., Sordetti F., Montanari R., Varone A. et al. Effect of powder recycling on inclusion content and distribution in AISI 316L produced by L-PBF technique // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 23. P. 3638–3650. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.02.017
6. Verma P., Saha R., Chaira D. Waste steel scrap to nanostructured powder and superior compact through powder metallurgy: powder generation, processing and characterization // Powder Technology. 2018. Vol. 326. P. 159–167. DOI: 10.1016/j.powtec.2017.11.061
7. Пат. 2778317 РФ. Способ обработки немерных отрезков труб / Ю. Н. Логинов, Г. В. Шимов, Н. И. Бушуева ; заявл. 17.01.2022 ; опубл. 17.08.2022.
8. Huilin Zhao, Chengwen Tan, Xiaodong Yu, Xianjin Ning et al. Enhanced reactivity of Ni-Al reactive material formed by cold spraying combined with cold-pack rolling // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 741. P. 883–894. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.01.170
9. Xie G., Luo Z., Wang G., Li L., Wang G. Interface characteristic and properties of stainless steel/HSLA steel clad plate by vacuum rolling cladding // Materials Transactions. 2011. Vol. 52, Iss. 8. P. 1709–1712. DOI: 10.2320/matertrans.m2011127
10. ГОСТ 4986–79. Лента холоднокатаная из коррозионностойкой и жаростойкой стали. Технические условия. Группа В34. — Введ. 01.01.1980.
11. Klimpel A., Herbuś K., Ociepka P., Timofiejczuk A. Quasi-static loading of piping welded joints // International Journal of Modern Manufacturing Technologies. 2020. Vol. XII. No. 2. P. 80–85.
12. Wang Y., Yang G., Lei X., Li Q. et al. Metal ductility evaluation by flattening test: The geometry dependence // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2019. Vol. 170. P. 40–48. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2019.01.007
13. Wang S., Jin G., Wu Y., Liu X., Chen G. Study on deformation mechanism of Ti–2Al–2.5Zr alloy tube in the flattening test // Journal of Materials Science & Technology. 2021. Vol. 90. P. 108–120. DOI: 10.1016/j.jmst.2021.03.009
14. Логинов Ю. Н., Шимов Г. В., Бушуева Н. И. К прогнозу развития мартенситного превращения при безоправочном волочении труб из аустенитной стали // Черные металлы. 2021. № 4. С. 25–31.
15. Мальцева Л. А., Логинов Ю. Н., Мальцева Т. В., Шарапова В. А. О влиянии напряженного состояния на образование мартенсита деформации в стали 03Х14Н11К5М2ЮТ // Металлы. 2013. № 5. С. 85–92.
16. Miseon Choi, Hyunseok Lee. Study on the pack rolling process factor of Ti–6Al–4V alloy // MATEC Web of Conferences. The 14^th World Conference on Titanium. 2020. Vol. 321. 11088. DOI: 10.1051/matecconf/202032111088
17. Huang H., Liao M., Liu Q., Yu Q., Wang Zh. The effects of hot-pack coating materials on the pack rolling process and microstructural characteristics during Ti–46Al–8Nb sheet fabrication // Materials. 2020. Vol. 13, Iss. 3. 762. DOI: 10.3390/ma13030762
18. Sun L., Ding J., Zhang J., Li H., Wang G. Numerical simulation and deformation behavior of a Ti/Steel clad plate during the rolling process // Metals. 2023. Vol. 13. 218. DOI: 10.3390/met13020218