автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства стальных гнутых профилей с целью повышения их потребительских свойств

На правах рукописи

РГ6 од

; 2 с г:; ;•••:*£> КОРНИЛОВ ВЛАДИМИР ЛЕОНИДОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЬНЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2000

Работа выполнена в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

Научные руководители: кандидат технических наук, доцент

Шемшурова Н.Г. кандидат технических наук

Сафронов М.Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Агеев Л.М. кандидат технических наук

Пудов Е.А.

Ведущее предприятие: ОАО «Северсталь» (г. Череповец)

Защита состоится 14 декабря 2000 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 063.04.01 в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова.

Автореферат разослан (О ноября 2000 г.

Ученый секретарь / //'7 диссертационного совета ^¿¿¿^ -_^ Селиванов В.Н.

<623.500.1-1МЪО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Гнутые профили - один из наиболее экономичных видов проката, сочетающий высокие механические характеристики с относительно небольшой металлоемкостью. Этим объясняется востребованность гнутых профилей в машиностроении (в том числе транспортном), промышленно-гражданском и дорожном строительстве, а также в производстве товаров широкого потребления. Требования к качеству гнутых профилей постоянно возрастают, что вынуждает производителей все время совершенствовать технологию профилирования и использовать марки стали с улучшенными механическими характеристиками.

Качество гнутых профилей во многом определяется геометрией и свойствами полосовой стали, служащей заготовкой для их производства. Так как значительную часть сортамента гнутых профилей изготавливают из горячекатаных полос, представляется актуальным исследование взаимосвязи между свойствами горячекатаной заготовки и готовых профилей из нее. Это особенно важно при производстве гнутых профилей из ранее не использованных (или редко применявшихся) марок стали.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение потребительских свойств стальных гнутых профилей из углеродистых и низколегированных сталей путем совершенствования технологии их производства в условиях ЗАО «Прокат - Гнутый профиль» (ЗАО «ПГП») ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" (ОАО «ММК»),

Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

- выполнена комплексная оценка качества гнутых профилей и определены эффективные направления повышения уровня их качества;

- определены рациональные технологические режимы горячей прокатки заготовки для профилирования из стали марки СтЗГпс, регламентированы диапазоны содержания химических элементов (С, Мп, Р) и допустимые значения прочностных (<7„, <гт) и пластических свойств (65У,

- проведен сравнительный анализ структурных изменений, происходящих при изгибе образцов на угол 90° из сталей марок СтЗГпс и СтЗпс, построены карты распределения величин микротвердости по их сечению и на их основе оценены интенсивности напряжений и деформаций;

- исследованы причины трещинообразования при производстве гнутых профилей и разработаны рекомендации по его устранению;

- разработаны технические решения, направленные на снижение потерь металла в обрезь при профилировании на основе определения механических свойств заготовки в потоке профилегибочного агрегата (ПГА) неразрушаю-щим магнитным методом контроля (НММК), уменьшение концевых дефектов для профилей швеллерного типа и уменьшение трещинообразования на гнутых профилях.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:

- выявлена номенклатура единичных показателей качества заготовки для профилирования из углеродистых и низколегированных сталей, определены параметры весомости и проведено их ранжирование, что позволило определить наиболее эффективные пути получения качественных гнутых профилей с наименьшими затратами;

- установлена зависимость, связывающая механические свойства заготовки из стали марки СтЗГпс с углеродным эквивалентом и скоростью охлаждения на отводящем рольганге стана горячей прокатки;

- найдены связи механических свойств стали марки СтЗГпс с элементами химического состава, температурами конца прокатки и смотки, описанные с помощью уравнений множественной регрессии;

- установлены зависимости характера упрочнения стали марки СтЗГпс от степени деформации;

- определено напряженно-деформированное состояние металла (в виде полей интенсивностей напряжений и деформаций) по распределению значений микротвердости по толщине полос, подвергнутых изгибу в условиях схемы, близкой к всестороннему неравномерному сжатию;

- получены зависимости между значениями механических свойств низкоуглеродистых сталей и электромагнитных характеристик - тока размагничивания и коэрцитивной силы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ заключается в следующем:

- разработаны рекомендации по требуемому содержанию С, Мп, Р в стали марки СтЗГпс, обеспечивающему значительное снижение трещинообра-зования при последующем профилировании;

- определены рациональные режимы горячей прокатки и выработан механизм получения необходимых механических свойств заготовки из стали марки СтЗГпс для профилирования путем целенаправленного воздействия на основные параметры прокатки (температуры конца прокатки, смотки и скорость охлаждения) при заданном химическом составе металла;

- разработана и намечена к внедрению технология профилирования, позволяющая получать качественные гнутые профили из малоачастнчных сталей, в том числе, и стали марки СтЗГпс, ранее не использовавшейся для этих целей;

- разработана методика оперативного определения интенсивностей напряжений и деформаций по замеренной твердости металла при профилировании;

- на уровне изобретений предложены: система калибров для производства швеллеров без трещинообразования; конструкция клети, позволяющая устранить концевые дефекты швеллеров; схема профилегибочного стана с неразрушающим контролем свойств полосовой заготовки для сортовых профилей; рекомендации по диапазону содержания элементов химического состава сталей марок СтЗпс и СтЗГпс с целью снижения трещинообразования; способ испытания на загиб заготовки с целью определения приемлемости ее для профилирования.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В настоящее время около 15% сортовых гнутых профилей в ЗАО «ПГП» ОАО «ММК» изготавливают из стали марки СтЗГпс.

Предложенные режимы охлаждения заготовки после горячей прокатки (температуры конца прокатки, смотки и скорость охлаждения) из стали марки СтЗГпс внедрены на НШПС 2000 ОАО «ММК».

Система калибров, разработанная для профилей швеллерного типа, внедрена на профилегибочном агрегате 0,2-1,5x30-90 ЗАО «Минимакс-1» ОАО «ММК».

Неразрушающий метод магнитного контроля заготовки с использованием полученных статистических зависимостей используется в ЗАО «ПГП» для определения механических свойств заготовки, поступающей для профилирования.

Внесены изменения в технологические инструкции ЗАО «ПГП» по ограничению содержания химических элементов С, Мп, Р в стали марки СтЗГпс.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы доложены и обсуждены на втором Конгрессе прокатчиков (г. Череповец, 1997 г.), третьем Конгрессе прокатчиков (г. Липецк, 1999 г.), на Международных научно-технических конференциях: «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий» (г. Волгоград, ¡997 г.), «Современные приборы, материалы и технологии для технической диагностики и неразрушающего контроля промышленного оборудования» (г. Харьков, 1998 г.), «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (г. Киев, 1999 г.), «Теория, методы и средства пластического формоизменения материалов с заданным уровнем свойств (г. Самара, 1999 г.), «Уральская металлургия на рубеже тысячелетий» (г. Челябинск, 1999 г.), «Теоретические проблемы прокатного производства» (г. Днепропетровск, 2000 г.), на 15-й Всемирной конференции по неразрушающему контролю (г. Рим, Италия, 2000 г.), на ежегодных научно-технических конференциях МГГУ (1997 - 2000 гг.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам работы опубликованы две монографии, 19 научных статей, получены 2 патента и два решения о выдаче патентов на изобретения.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Она содержит 120 с. машинописного текста, 29 рисунков, 16 таблиц, библиографический список из 123 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Повышение конкурентоспособности холодногнутых профилей проката -актуальнейшая задача для ЗАО «ПГП» ОАО «ММК», выполнение которой позволит расширить рынок потребления и стабилизировать производство. Однако решение этой задачи невозможно без улучшения качества гнутых профилей, выпускаемых ка комбинате, которое во многом определяется качеством заготовки (подката) для профилирования. Прогнозирование качества заготовки и получение гарантированных параметров готовых профилей должны обеспечиваться «сквозной» технологией их производства.

У истоков развития теории и технологии профилирования стояли Богоявленский К.Н., Тришевский И.С., Чекмарев А.П., Бояршинов М.И., Давыдов В.И., Калужский В.Б. и др. Изучению условий формоизменения при производстве гнутых профилей посвящено большое число работ, как отечественных, так и зарубежных ученых. Это работы большого коллектива ученых-исследователей УкрНИИМета, Ленинградского политехнического института, металлургических комбинатов «Запорожсталь» и «Северсталь», зарубежных ученых Г. Мекельта, X. Судзуки, А. Нойбауэра, В. Энгельгард-та, Е. Гриффина, Р. Энджела, и др. Весомый вклад в решение данной проблемы внесли сотрудники ОАО «ММК» и МГТУ (В.Г. Антнпанов, В.И. Гридневский, В.И. Анисимов, З.М. Шварцман, П.И. Денисов, С.А. Тулупов, В.Ф. Афанасьев и др.).

В работах выше указанных авторов были рассмотрены аспекты, связанные с качеством заготовки и разнообразных гнутых профилей; уделено внимание причинам трещкнообразования при профилировании и способам профилактики этого дефекта. Выполнены исследования по совершенствованию правки полос и оптимизации химического состава сталей, наиболее подвер-

женных трещинообразованию. Исследования МГТУ касались разработки критериев и методики оценки качества гнутых профилей. Наибольшее число зарубежных работ посвящено проблемам изучения влияния различных факторов на геометрию и прочностные свойства этого вида проката.

Однако до настоящего времени не уделялось должного внимания качеству листового горячекатаного металла как заготовке для последующего профилирования, исследовали лишь отдельные аспекты «сквозного» технологического процесса, необходимые для гарантированного получения качественных гнутых профилей, обладающих высокой конкурентоспособностью. Поэтому настоящая работа посвящена совершенствованию технологии производства стальных гнутых профилей с целью повышения их потребительских свойств из углеродистых и низколегированных сталей в условиях ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".

I. Оценка качества листовой заготовки для профилирования*

С целью определения основных направлений совершенствования производства листовой заготовки для профилирования провели оценку ее уровня качества с использованием метода экспертного опроса специалистов и нашли коэффициенты весомости единичных показателей качества горячекатаной заготовки из углеродистых и низколегированных сталей. Для этого была составлена анкета, на вопросы которой ответили специалисты ОАО «ММК», ОАО «НОСТА», ОАО «Горьковский автомобильный завод», МГТУ.

В результате обработки данных анкет установлено, что наибольшие значения параметров весомости имеют такие показатели заготовки для профилирования как механические свойства (а„, от, 65), элемент химического состава - углерод, температура конца прокатки, поверхностные дефекты, температура смотки. Все эти показатели имеют статус доминирующих.

Во всех технологических разработках диссертации и их теоретическом обосновании в качестве научного консультанта принимал участие кандидат технических наух Антнланов В.Г.

Оценку единичных показателей качества определяли для стали марки СтЗГпс (по американским стандартам А36-2), которая широко используется в США и Канаде, в том числе, и как заготовка для профилирования. Эта сталь отличается от СтЗпс (ГОСТ 380) только повышенным содержанием марганца (0,8-1,1 %). Ранее в ОАО «ММК» гнутые профили из этой стали не производили.

Установлено, что наименьшие единичные опенки имеют такие показатели, как элементы химического состава: углерод, марганец, фосфор, кремний; прочностные характеристики <т, и стт. Поэтому в первую очередь следует разработать рекомендации по рациональному содержанию таких элементов химического состава, как С, 57, Мп, Р; прочностным характеристикам ав и егт, а также температурам конца прокатки и смотки, так как эти показатели имеют наибольшую весомость и относительно низкие единичные оценки.

2. Разработка статистических моделей уровня качества подката для профилирования

Известно, что при испытаниях на холодный загиб полосовой стали А36-2 (аналог СтЗГпс), идущей на экспорт, до настоящих исследований имело место массовое трещинообразование в месте гиба на наружной поверхности испытываемых образцов толщиной 4,0-6,0 мм. Следовательно, в первую очередь было необходимо провести анализ химического состава, механических свойств и технологических режимов производства горячекатаной заготовки с целью разработки рекомендаций, позволивших снизить трещинообразование на наружных слоях металла при последующем профилировании.

Проведено сравнение значений показателей стали марки СтЗГпс по стандарту предприятия с фактическими данными. Установлено, что с целью снижения трещинообразовання при профилировании следует ограничить содержание элементов химического состава в пределах: [С]=0,14-0,18%; [Мп]=0,80-0,95%; [Р]<0,028%; ограничить верхний предел прочностных ха-

рактеристик: ст, < 350 МПа, сгк<500 МПа и нижний предел относительного удлинения: <55 > 24%.

Выполнен корреляционный анализ зависимостей механических свойств стали марки СтЗГпс от элементов химического состава, температур конца прокатки и смотки, на основании которого построены уравнения множественной регрессии:

ав = 335,4442 + 61,645(с + Мп + 25))- 2,262753 - 4,93!Ь7/В -141,61915 - ^ -1033,8494/' - 0,0746/„„„ + 0,2512 г-„;

- 2116,5935/' - 0,Ш\кпр 4- 0,3744,^;

б5 = -54,0876 - 64.0587С - 23,3585Si +16,3972Мп + 3,194SS - 393,5755Р +

Корреляционный анализ с использованием квантилей распределения Стьюдента показал, что отклик каждого полученного уравнения имеет значимые связи с рассмотренными факторами. Регрессионный анализ, выполненный с использованием критерия Фишера (доверительная вероятность составляет 95%), показал возможность использования линейных зависимостей для описания исследуемых связей.

Полученные уравнения позволяют варьировать механические свойства заготовки с целью получения качественных гнутых профилей путем изменения основных параметров горячей прокатки при заданном химическом составе металла.

На испытательном комплексе {test system UTS - 100 кН) проведены испытания на растяжение образцов стали марки СтЗГпс толщиной 3,0; 4,0 и 6,0 мм и получены диаграммы условных напряжений, которые показали, что независимо от вида аппроксимирующей функции o-fíe), кривые для образцов толщиной 5=3,0 и 5=6,0 мм практически совпадают, а 5=4,0 мм идет несколько ниже. Что говорит о несколько ином характере упрочнения заго-

= 53,0512 - 346.9257С + 12,14815/ + 126,6067Л/л -707,19575' -

(2)

товки толщиной 4,0 мм при холодной деформации (при изгибе и растяжении). Такое расхождение наблюдается и для других марок стали.

При сопоставлении истинных диаграмм напряжений сталей марок СтЗГпс и СтЗпс установили, что эти стали имеют различный характер упрочнения: СтЗГпс упрочняется более интенсивно в начальный период (до е7= 15%), что необходимо учитывать при назначении режимов профилиро-. вання и использовании резервных клетей стана. Результаты сравнительного анализа механических свойств и микроструктуры сталей марок СтЗГпс и СтЗпс по длине рулона показали^ что передние концы рулонов полос протяженностью до 11 ми задние - протяженностью до 14м из стали марки СтЗГпс имеют более высокую прочность, чем из стали марки СтЗпс. В связи с этим для СтЗГпс особенно актуально использование резервных клетей, предназначенных для «смятения» режимов профилирования.

Так как одним из показателей бездефектной деформации заготовки при профилировании является величина отношения стт/ав, то для обеих сталей выявлен характер распределения этой величины. Установлено, что сталь марки СтЗГпс имеет меньший разброс значений показателя от/ов, причем, наибольший удельный вес (до 60%) у этой стали имеет величина а/с^ОД. В литературных источниках этот критерии рекомендуют использовать для определения возможности гибки металла без трещин, причем, его значение должно быть не более 0,75. Поэтому, весьма вероятно, что оптимальная величина а^/Ов будет примерно одинаковой для разных марок стали, что значительно упрощает процесс определения возможности профилирования той или иной стали.

Сравнительный анализ механических свойств показал, что прочностные свойства стали марки СтЗГпс в среднем на 7-9% выше, чем у стали марки СтЗпс, а пластические (относительное удлинение) - на 4-9,5 % ниже. Более высокие пластические свойства СтЗпс не являются абсолютным преимуществом, так как при оценке качества заготовки для профилирования необхо-

димо принимать во внимание и другие показатели, в том числе, отношение о^а,.

Одной из задач настоящей работы являлась разработка режимов горячей прокатки стали марки СтЗГпс на стане 2000, используемой в качестве заготовки для профилирования. Исследование и корректировку технологам проводили в основном для металла толщиной 4,0-6,0 мм, так как провалы по холодному загибу имели место именно на этих толщинах, а при изготовлении гнутых профилей трещинообразованию особенно подвержены полосы данных толщин. Кроме того, на полосах толщиной 4,0-6,0 мм имеется возможность повышения пластических свойств горячекатаного металла за счет некоторого снижения его прочностных характеристик, которые для этих профилеразмеров выше, чем у полос толщиной более 6,0 мм.

С этой целью при опытной прокатке была уменьшена скорость охлаждения в межклетевых промежутках стана 2000 путем отключения 1/3 охлаждающих секций, а также на отводящем рольганге - путем уменьшения количества включенных секций в первой группе душирования, то есть душиро-вание начинали с 17 секции первой группы (и далее). Затем перешли на дотирование на отводящем рольганге полос только второй группой секций, в результате чего значительно уменьшились провалы по холодному загибу.

Установлено, что величина сгг находится в прямой зависимости от средней скорости охлаждения полос на отводящем рольганге Уои и углеродного эквивалента См, (С3„=С+Мп/9+БУЗ). Получены регрессионные зависимости механических свойств заготовки из стали марки СтЗГпс от углеродного эквивалента и скорости охлаждения на отводящем рольганге стана горячей прокатки 2000:

для Бо > 6,0 мм: а,=132,39С5„+263,27;

ат=0,9543Уохл+297,87; для Бд < 6,0 мм: стт= 124,91 С,„+290,88;

о-т=3,0546Уо„+307,06.

(4)

(5)

(6) (7)

Таким образом, увеличение скорости охлаждения на 1 С/с для полос толщиной до 6,0 мм повышает <гт на 3,05 Н/мм2; для полос толщиной более 6,0 мм - на 0,95 Н/мм2. То есть эффективность охлаждения в первом случае в три с лишним раза выше. В то же время эффективность воздействия Сжв на механические свойства прокатываемых полос различной толщины примерно одинакова (разница в 1,056 раза при увеличении С\„ на каждые 0,01).

Предложены рациональные технологические режимы горячей прокатки стали марки СтЗГпс, обеспечивающие получение качественной заготовки для дальнейшего профилирования:

Параметр 8о=4,0-6,0 мм 5о=6,1-8,0 мм

7*6 ™°С 1055-1085 1045-1075

Ттояшифокгпги. С 865-895 855-885

То«™, °С ' 635-665 615-645

Уохмжжни,, град/сек 5,9-7,7 5,9-7,7

3. Физическое моделирование условий профилирования листовой заготовки без трещинообразования С целью разработки технологии производства гнутых профилей из малопластичных сталей без нарушения сплошности металла проведен комплекс исследований по моделированию условий профилирования заготовки из стали марки СтЗГпс.

Основной причиной появления трещин на наружной поверхности участков изгиба заготовки при профилировании являются избыточные растягивающие напряжения. Особенно подвержены трещинообразованию стали низколегированные и с повышенным содержанием марганца. Проведение промышленных экспериментов по определению влияния параметров профилирования на потребительские свойства профилей в достаточном объеме не представляется возможным, поэтому часть исследований проводили в лабораторных условиях, где процесс профилирования моделировали с помощью специального штампа.

В ранее проведенных испытаниях на изгиб, имитирующих профилирование уголка, применяли шарнирное устройство, в котором полосу зажимали специальными пластинами, причем, место изгиба было свободно от зажатия. Нам представляется более целесообразным (в аспекте приближения к характеру деформации при профилировании на стане) использовать в испытаниях полосовой стали на изгиб «полуоткрытый» штамп (рис. 1), в котором при получении швеллерного профиля его полки освобождались бы от зажатия. При этом максимальная длина очага деформации была на 36 мм меньше длины изгибаемого образца, что обеспечивало наличие «жестких» концов заготовки при деформации. Из рис. 1 видно, что в начальной стадии изгиба происходит накопление избыточного объема металла в очаге деформации, а при дальнейшем изгибе образца (при движении пуансона вниз) происходит заполнение углов матрицы металлом, что способствует преобладанию в местах изгиба схемы деформации всестороннего сжатия.

Установлено, что при проведении испытаний на изгиб при самых жестких условиях (подгибка на 90 градусов при радиусе шба на валках, близком к нулю - путем снятия фаски с углов пуансона), выяснилось, что изгибаемый образец из стали марки СтЗГпс ке имел трещин. Результаты исследований подтвердили, что схема напряженно-деформированного состояния при изгибе в штампе предложенной конструкции является более щадящей, то есть

з

Рис. 1. «Полуоткрытый» штамп

более приемлемой для производства гнутых профилей из малопластичных сталей.

При сравнении характера упрочнения мест изгиба при изгибе образцов в штампе и горячекатаного подката (рис. 2) установлено, что величина упрочнения при изгибе на 90° ниже, чем при изгибе на 60°, что объясняется, вероятно, тем, что при изгибе в диапазоне от 60 до 90° происходит изменение схемы напряженного состояния (от напряжений растяжения на наружных волокнах изгибаемого образца к схеме всестороннего неравномерного сжатия) и некоторое разупрочнение образца.

а; с

£ §

Й ш

о ш

20 40 60

Угол подгибки, град.

100

55 50 45 40 35 30 25 20

с;

5

о,; В- о,; А- 55

Рис. 2. Изменение механических свойств СтЗГпс в зависимости от угла подгибки

Сравнение расчетных данных по деформации изгиба при традиционной схеме профилирования на ПГА из стали марки СтЗпс и изгибе в штампе показало, что в последнем случае интенсивность деформации снизится ~ на 17%, при этом относительное утонение примерно на 70% ниже, что подтверждает предположение о том, что при изгибе в «полуоткрытом штампе» создаётся иная схема напряжённо-деформированного состояния, более благоприятная с точки зрения и трещинообразования, и получения потреби-

о

тельских свойств готовой продукции. Можно предположить, что снижение интенсивности деформации для стали марки СтЗГпс будет несколько ниже.

Помимо определения механических свойств были проведены металлографические исследования и измерения микротвердости по специальной схеме. В исследованных полосах наблюдается типичная для доэвтектоидной стали феррито-перлитная структура. Измерение твердости производили по специальной схеме (примерно в 550 точках 30 сечений очага деформации каждого образца), что позволило получить полную картину изменения твердости по сечению полос, подвергнутых гибу на 90°. Результаты замеров обрабатывали средствами Microsoft Excel. Построены карты распределений величин микротвердости по сечению образцов. Это распределение характеризуется повышенными значениями твердости в поверхностных слоях изгибаемых образцов и минимальными значениями - во внутренних. Следует отметить, что деформационное упрочнение при гибе образцов стали марки СтЗГпс по сравнению с образцами стали марки СтЗпс приводит к большему повышению уровня твердости (в месте гиба эта разница составляет около 12%). С использованием данных замеров твердости построены эмпирические кривые, связывающие средние значения твердости в слое с его относительной координатой. Откуда видно, что слой с минимальной твердостью располагается ближе к внутренней поверхности, а его относительная координата находится в диапазоне 0,615-0,90 относительных единиц от наружной поверхности изгибаемого образца. Можно определить, чему равен внутренний радиус изгиба на образцах в проведенных опытах.

Коэффициент смещения нейтрального слоя определяем по формуле:

к =

\

f \

Re

So (so

Re _-Jne-{pe + So)~Re (8)

So So

Откуда 0 _ к2 _ (9)

1-2к

Тогда внутренний радиус изгиба при испытаниях в штампе образца толщиной 4,2 мм составит 2,7 мм (II,/ = 0,644) и толщиной 5,8 мм - II,

=5,51 мм (II,/80 = 0,945), т.е. при данной схеме деформации с относительным радиусом гиба даже меньше единицы трещинообразование отсутствует.

Определим величину интенсивности деформации Е\ на наружных волокнах при изгибе в «полуоткрытом» штампе по формуле

_2_ 4ъ

•1п

1 +

УМ)

Д. +50-£

■100%

(10)

для заготовки толщиной 5о=4,2 мм из стали марки СтЗГпс, если из эксперимента известно, что толщина полученного швеллера составила Б =4,17 мм, то есть абсолютное утоненне Д5=0,03 мм. Коэффициент смещения ней-• трального слоя при /?„=2,7 мм составляет к =0,385. Тогда

ч=Тз1п

1 +

4,2 -{1-0,385) 2,7 + 4,2-0,385.

4,2 4,13

= 1,155 ■ 0,4858 = 0,561 = 56,1%'

где составляющая от изгиба е„,г=46,9% и от растяжения = 1,68%.

Используя результаты испытаний образцов стали марки СтЗГпс на растяжение, о которых было сказано выше, и результаты измерения микротвердости, построили тарировочный график (рис. 3), который позволяет с помощью стандартных приборов для замерз твердости оперативно определить напряженно-деформированное состояние в интересующем сечении гнутого профиля и провести коррекцию режима профилирования.

Полученные экспериментальные данные зависимости интенсивности деформаций от твердости аппроксимированы для образцов стали марки СтЗГпс толщиной 4,2 мм зависимостью

^=0,00008(НКВ)3-0,0169(НКВ)2+1,1529(НИВ)-26,184.

Тогда для Бо =4,135 мм и 1ШВ= 102,5 е^с = 58,4%.

Разница значений интенсивности деформаций в месте гиба на наружных волокнах при изгибе в «полуоткрытом» штампе, полученных теоретическим и экспериментальным путем составляет: Д$=1п(58,4/56,1)=4,0%.

Следовательно, формула (10) может быть использована для расчета £■ и при изгибе в условиях схемы деформации, близкой к схеме всестороннего неравномерного сжатия.

Кроме того, если при традиционной схеме профилирования составляющая интенсивности деформации за счет утонения составляет 14-18% и за счет изгиба - 20%, то по предлагаемой схеме соответственно эти составляющие равны 2% и более 50%. Это означает, что предлагаемая схема профилирования позволит получать профили практически без утонения металла в местах изгиба, обладающие значительно большим запасом пластичности.

0.30

я 0,25 «

É.

4 0,20 SS

i 0.15 а:

| 0,10 0,05

550

- SQ= 6,0 мм;

зоо

400

450

500

/

/ / у

/ / / /

/ • у / ✓

У "" /

60 70 80 IIRB

>ч ^ \ \

ч\ V \

Ч

----- S0= 4,0 мм; ----- S„- 3,0 мм

Рис. 3. Тарировочный график СтЗГпс

Сравнение результатов распределения значений микротвердости по толщине изгибаемой полосы из стали марки СтЗГпс при испытаниях на сво-

бодный изгиб и в «полуоткрытом» штампе показало, что величина твердости наружных волокон при изгибе в штампе несколько меньше, чем при свободном изгибе, а максимальная величина разности значений твердости на поверхности и в среднем слое при изгибе в штампе меньше (в штампе она составляет 20,3%, а при свободном гибе - 32,8%). Это еще раз подтверждает, что при прочих равных условиях металл, изгибаемый в штампе при данной схеме напряженно-деформированного состояния, менее склонен к трещино-образованию и будет иметь после деформации меньшие остаточные напряжения, что несомненно улучшает эксплуатационные свойства гнутых профилей. Следовательно, при использовании в калибровках гнутых профилей схем деформации, близких к тем, что наблюдаются при изгибе в штампе, уменьшится вероятность отбраковки профилей при одновременном повышении уровня их качества.

4. Разработка технологии производства гнутых профилей с использованием неразрушающего контроля В настоящее время наиболее приемлемым для неразрушающего контроля свойств металла в потоке агрегатов считается импульсный магнитный метод. При стабильности технологического процесса массовых видов продукции с достаточно высоким уровнем механических свойств, отмечаемых для данного сортамента, возможно применение неразрушающего магнитного метода контроля (НММК) качества с целью экспрессной оценки требуемых свойств, ускорения отгрузки металла потребителю, экономии металла на пробах и обрези.

В работе была исследована возможность использования НММК для оценки механических свойств горячекатаной заготовки в потоке профилеги-бочных агрегатов. Получены уравнения регрессии зависимостей механических свойств сталей марок СтЗпс, 08пс, СтЗГпс от магнитных характеристик {1Р и Нс). В частности, для заготовки толщиной 4,5 мм стали марки СтЗГпс уравнения регрессии имеют вид:

сгт=140,170+11,357/р; 55=46,520-1,106/р;

ов—312,710+9,097/р ; 570+0,008734/р .

Проведенные в ходе настоящих исследований сравнительные испытания НММК и «традиционного метода» (испытания на растяжение) на полосовой стали марки СтЗГпс толщиной 4,5-6,5 мм показали: разница между величинами определенных по этим методам от и о, в 80-85% случаев не превышала 8%, разница между величинами отношений а/а. была в пределах 10,5%.

Таким образом, определение механических свойств движущейся полосы неразрушающнм методом вполне допустимо при контроле в потоке профи-легибочных агрегатов.

5. Совершенствование процессов профилирования на основе новых технических решений

По результатам выполненной работы найдены и апробированы на про-фипегибочных станах ЗАО «ПГП» ОАО «ММК» некоторые технические решения, направленные на совершенствование технологии производства стальных гнутых профилей с целью повышения их потребительских свойств.

Опыт производства сортовых гнутых профилей из стали марки СтЗпс на агрегатах 1-4x50-300 и 2-8x100-600 показал, что при содержании углерода в пределах 0,23-0,25 %, а марганца 0,61-0,70% отбраковка профилей по трещинам может достигать 8-10%. Поэтому предложено в углеродистой стали, используемой в качестве заготовки для профилирования, ограничить верхний предел содержания углерода (0,22 %) и марганца (0,6 %), причем, суммарное содержание марганца, фосфора и серы в заготовке должно быть: 0,98[Мп] + +14,04[Р] + 35,02[S]=(0,392-2,155), где в квадратных скобках -содержание указанных элементов в весовых процентах. Получен патент России №2114208 на данное техническое решение.

Изменения в химическом составе стали марки СтЗГпс по ограничению содержания элементов химического состава в пределах: [С]=0,14-0,18%; [Мп]=0,80-0,95%; [Р]<0,028% (подана заявка на изобретение); ограничению верхнего предела прочностных характеристик: сгт< 350 МП а, а, < 500 МПа и нижнего предела относительного удлинения: Ss > 24% внесены в техническую документацию по производству подката для профилирования.

По результатам проведенной работы разработана и апробирована в ЗАО «ПГП» ОАО «ММК» схема профилирования равнополочных швеллеров из стали марки СтЗГпс, которая является менее пластичной по сравнению со сталью марки СтЗпс. Сущность схемы заключается в создании избытка металла в местах изгиба за счет того, что периметр средней части заготовки между горизонтальными участками первых двух калибров больше ширины этих участков, так как эта часть заготовки изгибается вниз со стрелой прогиба, близкой к величине горизонтального межвалкового зазора. При этом уменьшается (или полностью отсутствует) утонение мест изгиба в последующих калибрах. На систему калибров получено решение о выдаче патента России.

В ходе выполнения настоящей работы определена и предложена для эксплуатации схема профилегибочного стана для производства гнутых профилей, на котором повышается коэффициент использования металла без снижения уровня качества проката и который позволяет максимально использовать концевые участки заготовки, а также ее участки с повышенной прочностью.

Особенностью этого стана является наличие у него одной-двух резервных клетей, выполненных с быстродействующим нажимным устройством и с возможностью свободного прохождения профилируемой полосы между валками. При этом между задающей клетью и установленными за ней вертикальными роликами дополнительно размещена электромагнитная установка неразрушающего контроля (например, ИМПОК-1), электрически связанная с нажимными устройствами резервных клетей, а при профилировании швеллеров резервная клеть установлена только после второй формирующей клети. Получено решение о выдаче патента на данное техническое решение.

Недостатком известных станов является возможность появления характерных концевых дефектов поштучного профилирования. Нами предложен оригинальный способ устранения концевых дефектов, сущность которого состоит в создании изгибающего момента за счет смещения оси нижнего валка в направлении прокатки и с небольшим его смещением по вертикали

(межвалковый зазор меньше толщины полосы), в результате чего появляется «нижнее» давление, подгибающее передний конец вверх с устранением «свала» вертикальных элементов профиля. Установлено, что полное устранение «свала» на передних концах и 70-80 %-ное устранение «развала» на задних - достигается только при создании изгибающего момента в предпоследней клети стана (Патент России № 2113928).

Заключение

Одним из путей повышения конкурентоспособности выпускаемых гнутых профилей является использование заготовки с улучшенными механическими характеристиками. Поэтому в работе выполнен комплекс исследований, направленных на изучение возможности применения в качестве подката для профилирования стали марки СтЗГпс с высокими потребительскими характеристиками. Получены следующие результаты.

1. Путем экспертного опроса специалистов определена весомость единичных показателей качества гнутых профилей, из которых наиболее значимыми являются элементы химического состава: С, Si, Мп, Р\ прочностные характеристики <т„ <тх, а также температуры конца прокатки н смотки. Эти показатели обусловливают актуальные направления совершенствования производства полосовой заготовки для профилирования в условиях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

2. На основе оценки единичных показателей качества и статистических исследований уровня качества подката для профилирования из стали марки СтЗГпс разработаны рекомендации по режимам горячей прокатки (скорость охлаждения, температуры конца прокатки и смотки), которые внесены в технологическую инструкцию ЛПЦ-10 ОАО «ММК».

3. Проведен сравнительный анализ структурных изменений, происходящих при изгибе образцов из сталей марок СтЗГпс и СтЗпс, который позволил установить: СтЗГпс упрочняется более интенсивно; нейтральный слой по данным замеров микротвердости смещается в сторону сжатых волокон, его относительная координата находится в диапазоне 0,615-0,70 относи-

тельных единиц от наружных волокон металла; определены интенсивности напряжений и деформаций в очаге деформации.

4. Предложен новый тип закрытых калибров валков, реализующий схему, близкую к схеме всестороннего неравномерного сжатия, и позволяющий в 3-4 раза снизить трещинообразование при профилировании и получить гнутые профили практически без утонения в местах изгиба.

5. Предложена схема профилегибочного агрегата, реализующая неразрушающий метод контроля механических свойств подката и позволяющая оперативно корректировать режим профилирования с целью снижения трещинообразования, в особенности, на концевых участках полос.

6. Разработаны новые технические решения: рекомендации по диапазону содержания элементов химического состава сталей марок СтЗпс и СтЗГпс и система калибров, гарантирующие бездефектное профилирование; конструкция клети для производства профилей швеллерного типа, позволяющая увеличить выход гнутых профилей высокой точности - на 30%; схема профилегибочного стана с неразрушающим контролем свойств полосовой заготовки, что позволит увеличить коэффициент использования металла при профилировании и не менее чем на 3% сократить отходы металла в обрезь; способ испытания на загиб листовой заготовки с целью определения приемлемости ее для профилирования.

7. Внедрение результатов проведенных исследований позволит увеличить ~ на 20% выпуск гнутых профилей из стали марки СтЗГпс с повышенным по сравнению со сталью марки СтЗпс уровнем механических свойств. Ожидаемый экономический эффект при производстве профилей швеллерного типа высокой точности за счет уменьшения брака по трещинам и ликвидации концевых дефектов составит ~ 6,4 млн. рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

- в монографиях:

1. Производство гнутых профилей на Магнитогорском меткомбинате / В.Ф. Рашников, М.Ф. Сафронов, В.Л. Корнилов и др. - Магнитогорск: МГТУ, 1999,- 157 с.

2. Производство и эксплуатация валков на металлургическом предприятии / М.Ф. Сафронов, В.Г. Антипанов, В.Л. Корнилов и др. - Магнитогорск: МГТУ, 1999. - 92 с.

- в статьях:

3. К вопросу о трещинообразовании при профилировании / М.Ф. Сафронов, В.Л. Корнилов, C.B. Кривоносов и др. // Эффективные технологии: Сб. тр. КНТ ММК. - Магнитогорск, 1997. Вып. 2. С. 58-62.

4. Оценка качества гнутых профилей проката на Магнитогорском металлургическом комбинате / М.Ф. Сафронов, Н.Г. Шемшурова, Г.С. Гун, В.Л. Корнилов // Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий: Материалы Межд. науч.-техн. конф. - Волгоград, 1997 (18-19 сентября). С. 15-16.

5. Долгова Л.И., Корнилов В.Л. Опыт применения неразрушающего контроля металла полосовой заготовки для профилирования // Эффективные технологии: Сб. трудов КНТ ММК. - Магнитогорск, 1997. Вып. 2. С. 104-113.

6. Комплексная оценка качества гнутых профилей на Магнитогорском металлургическом комбинате / М.Ф. Сафронов, Г.С. Гун, В.Л. Корнилов и др. // Труды второго конгресса прокатчиков (Череповец, 27-30 октября 1997 г.). - Москва, 1998. С. 420-424.

7. Уровень качества несимметричных и специальных гнутых профилей проката производства ЗАО «Прокат - Гнутый профиль» / М.Ф. Сафронов, В.Г. Антипанов, В.Л. Корнилов и др. // Моделирование и развитие технологических процессов ОМД: Сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГМА, 1998. С. 64-70.

8. Комплексная оценка качества стальных гнутых профилей на Магнитогорском металлургическом комбинате / М.Ф. Сафронов, Г.С. Гун, ВЛ. Корнилов и др. П Производство проката, 1998. №5. С. 32-36.

9. Уровень качества геометрии сортозых гнутых профилей / ВЛ. Корнилов, Н.Г. Шемшурова, В.Г. Антипанов и др. // Производство проката, 1999. №3. С. 26-32.

10. Эффективные технологии производства холодногнутых профилей / Н.Г. Шемшурова, М.Ф. Сафронов, В.Л. Корнилов и др.// Теория, методы и средства пластического формоизменения материалов с заданным уровнем свойств: Тр. 1-й Междунар. науч.-технич. конф. - Самара: СГАУ, 1999. С. 202-207.

11. Исследование пригодности стали ЗГпс к профилированию / В Л. Корнилов, В.Г. Антипанов, В.Ф. Афанасьев и др. // Производство проката, 1999. №11. С. 18-20.

12. Исследование применимости стали А36-2 (ЗГпс) для профилирования / В.Л. Корнилов, В.Г. Антипанов, Е.М. Шмелева и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. - Магнитогорск: ОАО ММК-ЦЛК, 1999. Вып. 3. С. 222-228.

13. Особенности профилирования полос в условиях всестороннего сжатия / В.Г. Антипанов, C.B. Кривоносое, В.Л. Корнилов и др. // Производство проката, 1999. №11. С.. 15-17.

14. Неразрушающий контроль свойств заготовки для профилирования / В.Л. Корнилов, Л.И. Долгова, В.Г. Антипанов и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. - Магнитогорск: ОАО ММК-ЦЛК, 1999. Вып. 3. С. 309-313.

15. Корнилов В.Л., Шемшурова Н.Г., Антипанов В.Г. Статистические исследования уровня качества подката стали марки ЗГпс для профилирования // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. - Магнитогорск: ОАО ММК-ЦЛК, 2000. Вып. 4. С. 284-293.

16. Корнилов ВЛ., Антипанов В.Г., Шемшурова Н.Г. Уровень качества полосовой заготовки для профилирования // Совершенствование техно-

логии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. - Магнитогорск: ОАО ММК-ЦЛК, 2000. Вып. 4. С. 294-299.

17. Антипанов В.Г., Корнилов В.Л., Кривоносов С.В. Совершенствование технологии производства сортовых гнутых профилей // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. - Магнитогорск: ОАО ММК-ЦЛК, 2000. Вып. 4. С. 207-215.

18. Корнилов В.Л., Долгова Л.И., Афанасьев В.Ф. Опыт применения не-разрушающего контроля полосовой заготовки для производства гнутых профилей // Сталь, 2000. №7. С. 62-65.

19. Особенности свойств и технологии профилирования заготовки из стали А36-2 / В.Л. Корнилов, В.Г. Антипанов, В.Ф. Афанасьев и др. // ■Труды третьего конгресса прокатчиков (Липецк, 19-22 октября 1999 г.). - Москва, 2000. С. 488-490.

20. The abilities of non-destructive magnetic control of mechanical properties of roll forming billets / L.I. Dolgova, A.A. Morozov, V.L. Komilov and others // 15th World Conference on Non-Destructive Testing. Rome (Italy), 2000. P. 310.

21. Корнилов BJL. Антипанов В.Г., Афанасьев В.Ф. Исследование причин трешинообразования при профилировании // Сталь, 2000. №10. С. 74-75.

- в изобретениях:

22. Пат. 2114208 России, МКИ С22С 38/20. Углеродистая полосовая сталь / Н.Г. Шемшурова, В.Г. Антипанов, В.Л. Коршпов и др.

23. Заявка № 97-118550 от 29.10.97, МКИ B21D 5/06. Система калибров для профилирования равнополочных швеллеров / В.Г. Антипанов, М.Ф. Сафронов, В.Л. Корнилов и др. Решение о выдаче патента от 25.02.98 г.

24. Пат. 2113928 России, МКИ B21D 5/06. Профилегибочный стан / В.Г. Антипанов, М.Ф. Сафронов, В.Л. Корнилов и др.

25. Заявка № 99-107253 от 06.04.99, МКИ B21D 5/06. Профилегибочный стан / В.Л. Корнилов, Е.В. Карпов, В.Г. Антипанов. Решение о выдаче патента от 05.06.2000 г.

Введение.

1. Некоторые аспекты обеспечения качества гнутых профилей проката.

1.1. Состояние вопроса.

1.2. Задачи исследования.

2. Оценка уровня качества и определение актуальных направлений совершенствования производства листовой заготовки.

2.1. Определение коэффициентов весомости единичных показателей качества подката для профилирования.

2.2. Методика обработки результатов экспертного опроса специалистов.

2.3. Комплексная оценка качества и направления совершенствования производства подката стали марки СтЗГпс для профилирования.

Выводы по второй главе.

3. Разработка статистических моделей технологических свойств подката для профилирования.

3.1. Уровень качества горячекатаной стали.

3.2. Исследование характера упрочнения стали марки СтЗГпс.

3.3. Исследование механических свойств и микроструктуры стали марки СтЗГпс по длине рулона.

3.4. Исследование влияния параметров горячей прокатки листовой заготовки на ее потребительские свойства.

Выводы по третьей главе.

4. Физическое моделирование условий профилирования листовой заготовки.

4.1. Исследование характера упрочнения наружных слоев мест изгиба заготовки.

4.2. Исследование структуры горячекатаных полос из сталей марок СтЗГпс и СтЗпс, подвергнутых холодному гибу на 90 градусов.

4.3. Определение напряженно-деформированного состояния стали марки СтЗГпс методом измерения твердости.

4.4. Анализ возможности применения стали марки ЗГпс для профилирования.

Выводы по четвертой главе.

5. Технология профилирования с использованием неразрушающего контроля.

5.1. Методика неразрушающего контроля заготовки для производства качественных гнутых профилей.

5.2. Сравнительный анализ полученных данных контроля полосовой стали марки СтЗГпс традиционным и неразрушающим методами.

5.3. Разработка технологии профилирования с использованием неразрушающего поточного контроля заготовки.

Выводы по пятой главе.

6. Совершенствование процессов профилирования листовой заготовки на основе новых технических и технологических решений.

6.1. Уменьшение трещинообразования при профилировании.

6.2. Профилирование заготовки с недостаточной пластичностью.

6.3. Разработка схемы профилегибочного агрегата с использованием НММК.

6.4. Устранение концевых дефектов.

Выводы по шестой главе.

Холодногнутые профили - один из наиболее экономичных видов проката. Их производство отличает ряд специфических особенностей, часть из которых присуща только профилированию. В полной мере это относится и к производству гнутых профилей на Магнитогорском металлургическом комбинате (ММК).

ЗАО «Прокат - Гнутый профиль» (ЗАО «ПГП») ММК находится в ряду крупнейших производителей такого проката не только в России, но и в мире. Причем, некоторые виды гнутых профилей и, прежде всего, листовые профили с периодически повторяющимися гофрами (профили высокой жесткости -ПВЖ) в Российской Федерации выпускает только ЗАО «ПГП».

За четверть века на комбинате освоен выпуск сотен профилеразмеров гнутых профилей, накоплен богатый опыт их производства, а большая часть технологии профилирования запатентована. Однако осталось еще много нерешенных проблем, есть «узкие места» в технологии, совершенствованию которой нет предела. Поэтому совершенствование технологии производства гнутых профилей вообще и на ММК в частности - постоянно актуальная задача для всех исследователей, занимающихся этим видом проката, и в особенности - работников Центральной лаборатории комбината.

Одной из попыток таких исследований, завершившихся разработкой конкретных технически и экономически обоснованных рекомендаций для производства, является предлагаемая диссертационная работа, начало которой практически совпадает с пуском бывшего цеха гнутых профилей Магнитогорского металлургического комбината.

Выводы по шестой главе Проведен патентный поиск и выполнен анализ существующих технических решений, направленных повышение потребительских свойств гнутых профилей из углеродистых и низколегированных сталей.

На основании проведенных исследований разработаны и защищены патентами технические решения, направленные на: уменьшение концевых дефектов при поштучном профилировании; устранение трещинообразования при профилировании швеллеров из малопластичной заготовки; уменьшение отходов при профилировании концевых участков полосовой заготовки и участков ее с пониженной пластичностью; уменьшение трещинообразования за счет корректировки химического состава заготовки для профилирования из сталей марок СтЗпс и СтЗГпс.

Внедрение предложенных технических решений в условиях ЗАО «Прокат - Гнутый профиль» приведет к снижению трещинообразования при производстве гнутых профилей по разработанной схеме профилирования в 3-4 раза; при использовании предлагаемой конструкции клети увеличится выход гнутых профилей швеллерного типа высокой точности при поштучном производстве -на 30%; использование схемы профилегибочного стана с неразрушающим контролем свойств полосовой заготовки позволит увеличить коэффициент использования металла при профилировании и не менее чем на 3 % сократить отходы металла в об-резь.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из путей повышения конкурентоспособности выпускаемых гнутых профилей является использование заготовки с улучшенными механическими характеристиками. Поэтому в работе выполнен комплекс исследований, направленных на изучение возможности применения в качестве подката для профилирования стали марки СтЗГпс с высокими потребительскими характеристиками. Получены следующие результаты.

1. Путем экспертного опроса специалистов определена весомость единичных показателей качества гнутых профилей, из которых наиболее значимыми являются элементы химического состава: С, 57, Мп, Р; прочностные характеристики сгв, ст, а также температуры конца прокатки и смотки. Эти показатели обусловливают актуальные направления совершенствования производства полосовой заготовки для профилирования в условиях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

2. На основе оценки единичных показателей качества и статистических исследований уровня качества подката для профилирования из стали марки СтЗГпс разработаны рекомендации по режимам горячей прокатки (скорость охлаждения, температуры конца прокатки и смотки), которые внесены в технологическую инструкцию ЛПЦ-10 ОАО «ММК».

3. Проведен сравнительный анализ структурных изменений, происходящих при изгибе образцов из сталей марок СтЗГпс и СтЗпс, который позволил установить: СтЗГпс упрочняется более интенсивно; нейтральный слой по данным замеров микротвердости смещается в сторону сжатых волокон, его относительная координата находится в диапазоне 0,615-0,70 относительных единиц от наружных волокон металла; определены интенсивности напряжений и деформаций в очаге деформации.

4. Предложен новый тип закрытых калибров валков, реализующий схему, близкую к схеме всестороннего неравномерного сжатия, и позволяющий в 3-4 раза снизить трещинообразование при профилировании и получить гнутые профили практически без утонения в местах изгиба.

5. Предложена схема профилегибочного агрегата, реализующая нераз-рушающий метод контроля механических свойств подката и позволяющая оперативно корректировать режим профилирования с целью снижения трещинооб-разования, в особенности, на концевых участках полос.

6. Разработаны новые технические решения: рекомендации по диапазону содержания элементов химического состава сталей марок СтЗпс и СтЗГпс и система калибров, гарантирующие бездефектное профилирование; конструкция клети для производства профилей швеллерного типа, позволяющая увеличить выход гнутых профилей высокой точности ~ на 30%; схема профилегибочного стана с неразрушающим контролем свойств полосовой заготовки, что позволит увеличить коэффициент использования металла при профилировании и не менее чем на 3% сократить отходы металла в обрезь; способ испытания на загиб листовой заготовки с целью определения приемлемости ее для профилирования.

7. Внедрение результатов проведенных исследований позволит увеличить ~ на 20% выпуск гнутых профилей из стали марки СтЗГпс с повышенным по сравнению со сталью марки СтЗпс уровнем механических свойств. Ожидаемый экономический эффект при производстве профилей швеллерного типа высокой точности за счет уменьшения брака по трещинам и ликвидации концевых дефектов составит ~ 6,4 млн. рублей.

1. Анисимов В.И., Антипанов В.Г., Шварцман З.М. Расширение сортамента металлопроката резерв экономии. - Челябинск: Южно-Ур. кн.изд. 1980. -160 С.

2. Пути повышения качества гнутых профилей / С.А. Тулупов, В.Г. Антипанов, К.Л. Радюкевич, Н.Г. Шемшурова. М.: Металлур гия, 1990. - 64 с.

3. Сафронов М.Ф., Шемшурова Н.Г., Антипанов В.Г. Профили высокой жесткости. Магнитогорск: Магнитогорское полигр. предпр., 1996. 96 с.

4. Сафронов М.Ф. Качество холодногнутых профилей. Магнитогорск: МГТУ, 1999. 96 с.

5. Производство и эксплуатация валков на металлургическом предприятии: Уч. пособ. с грифом УМО Минобразования РФ / М.Ф. Сафронов, В.Г. Антипанов, В.Л. Корнилов и др. Магнитогорск: МГТУ, 1999. 92 с.

6. Производство гнутых профилей на Магнитогорском меткомбинате / В.Ф. Рашников, М.Ф. Сафронов, В.Л. Корнилов и др. . Магнитогорск: МГТУ, 1999. 157 с.

7. Шемшурова Н.Г. Совершенствование технологии производства гнутых профилей на основе комплексной оценки качества: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Магнитогорск: МГМИ, 1985. 23 с.

8. Локотунина Н.М., Шемшурова Н.Г. Совершенствование дорожных ограждений путем рационализации формы // Моделирование и развитие процессов ОМД: Сб. науч. тр. асп. и соискат. Магнитогорск: МГТУ, 2000. С. 192-201.

9. Ю.Комплексный показатель качества стальных фасонных гнутых профилей / Г.С. Гун, Н.Г. Шемшурова, С.А. Тулупов и др. // Теория и практика производства метизов: Межвузовский сб. науч. трудов. Свердловск: УПИ, 1986. С. 147-155.

10. Шемшурова Н.Г. Сортовые гнутые профили: Уч. пособие. Магнитогорск: МГМА, 1997. С. 36-39.

11. Тришевский И.С., Докторов М.Е. Теоретические основы процесса профилирования. М.: Металлургия, 1980. 288 с.

12. Производство гнутых профилей: Оборудование и технология / под ред. И.С. Тришевского. -М.: Металлургия, 1982. 384 с.

13. Гнутые профили проката: Справочник / под ред. И.С. Тришевского. М.: Металлургия, 1980. 351 с.

14. Производство и применение гнутых профилей проката Справочник / под ред. И.С. Тришевского. -М.: Металлургия, 1975. 535 с.

15. Шемшурова Н.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния металла при профилировании методом измерения твердости // Теория и технология процессов пластической деформации: Сб. тр. науч.-технич. конф. -М.: МИСиС, 1997. С. 565-568.

16. Хван Д.В., Томилов Ф.Х., Корольков В.И. Экспериментальная механика конечных деформаций. Воронеж: Элист, 1996. 248 с.

17. Пат. 2111278 России, МКИ С22С 38/42. Полосовая низколегированная сталь.

18. Пат. 2114208 России, МКИ С22С 38/42. Углеродистая полосовая сталь / Н.Г. Шемшурова, В.Г. Антипанов, В.Л. Корнилов и др.

19. Grumbach M., Prudhomme M. // Cire. Informs techn: Cent. doc. sider, 1973, 30.10. 2233-2256 (англ.).

20. Тришевский И.С., Гринь И.С. Особенности процесса поштучного профилирования // Высокоэкономичные гнутые профили проката: Сб. тр. М.: Металлургия, 1965, С.72-76.

21. Тришевский И.С., Гринь И.С. Особенности деформации металла и устранение искажений концов при производстве гнутых профилей // Теория и технология производства экономичных гнутых профилей: Сб.тр. УКРНИИМе-та. Харьков, 1970. Вып. XV, С. 138-154.

22. А.с. 662194 СССР, МКИ В2Ш 5/06. Способ изготовления гнутых профилей / З.М. Шварцман, В.Г. Антипанов, В.И. Анисимов и др.

23. Пат. 2036038 России, МКИ В2Ш 5/06. Способ производства гнутых С-образных профилей.

24. Пат. 2040997 России, МКИ В2Ш 5/06. Способ производства листовых гнутых профилей.

25. Пат. 2043809 России, МКИ В2Ш 25/00. Устройство для непрерывной правки стальных полос изгибом с растяжением.

26. Уровень качества геометрии сортовых гнутых профилей / В.Л. Корнилов, Н.Г. Шемшурова, В.Г. Антипанов, В.Ф. Афанасьев // Производство проката, 1999. №3. С. 26-32.

27. Пути улучшения геометрии гнутых профилей и рекомендации по экономии металла / М.Ф. Сафронов, В.Г. Антипанов, В.Ф. Афанасьев и др. // Эффективные технологии: Сб. тр. КНТ ММК. Магнитогорск, 1997. Вып. 2. С. 8288.

28. Некоторые особенности упрочнения металла в процессе профилирования /

29. И.С. Тришевский и др. // Теория и технология производства экономичных гнутых профилей: Сб.тр. УКРНИИМета. Харьков, 1970. Вып. XV, С.479-485.

30. Влияние термоупрочнения на склонность гнутых профилей к разрушению / С.Я. Середенко и др. // Гнутые профили проката: Сб. тр. УКРНИИМета. -Харьков, 1976. Вып. IV, С.96-97.

31. Сравнение показателей качества гофрированных профилей по отечественным и зарубежным стандартам / И.М. Козлова и др. // Гнутые профили проката: Сб. тр. УКРНИИМета. Харьков, 1977. Вып. V, С. 126-128.

32. Контроль качества тонкостенных пружинных профилей / Н.М. Воронцов и др. // Гнутые профили проката: Сб. тр. УКРНИИМета. Харьков, 1981, С.108-112.

33. Неразрушающий контроль прочностных свойств термически упрочненных гнутых профилей / В.А. Дубров и др. // Гнутые профили проката: Сб. тр. УКРНИИМета. Харьков, 1976. Вып. IV, С.98-103.

34. Режим профилирования холодногнутых швеллеров / И.С.Тришевский и др. // Гнутые профили проката: Сб. тр. УКРНИИМета. Харьков, 1973. Вып. I, С.137-141.

35. Основные принципы проектирования калибровок валков для формовки профилей с элементами двойной толщины / В.П. Стукалов и др. // Гнутые профили проката: Сб. тр. УКРНИИМета. Харьков, 1975. Вып. III, С.102-108.

36. Исследование причин образования трещин при профилировании / В.П. Стукалов и др. // Гнутые профили проката: Сб.тр. УКРНИИМета. Харьков, 1976. Вып. IV, С.90-95.

37. Исследование трещинообразования при профилировании / В.П. Стукалов и др. . // Гнутые профили проката: Сб. тр. УКРНИИМета. Харьков, 1979. Вып. VII, С.105-108.

38. A.c. 1015961 СССР, МКИВ2Ю 5/06. Клеть профилегибочного стана.

39. Сафронов М.Ф. Профилактика трещинообразования при профилировании // Эффективные технологии: Сб. тр. КНТ ММК. Магнитогорск, 1996. Вып. 1. С. 91-98.

40. А.С. 1416234 СССР, МКИ B21D 5/06. Способ производства гнутых профилей.

41. А.С. 1088840 СССР, МКИ B21D 5/06. Способ изготовления гнутых профилей.

42. А.С. 1416234 СССР, МКИ B21D 5/06. Способ производства гнутых профилей.

43. А.С. 1238825 СССР, МКИ B21D 5/06. Способ изготовления несимметричных гнутых профилей.

44. Чекмарев А.П., Калужский В.Б. Гнутые профили проката. М.: Металлургия, 1974. 264 с.

45. Пиккеринт Ф. Физическое металловедение и разработка сталей. М.: Металлургия, 1982, С.374.

46. Бернштейн М.А. Структура деформированных металлов. М.: Металлургия, 1977.431 с.

47. A.c. 713634 СССР, МКИ B21D 5/06. Способ изготовления листов с ребрами жесткости.

48. A.c. 580032 СССР, МКИ B21D 13/10. Способ гибки профилей с ребрами жесткости.

49. А.С. 680781 СССР, МКИ B21D 5/14. Профилегибочный стан.

50. A.c. 1296260 СССР, МКИ B21D 5/06. Профилегибочный стан.

51. А.С. 1303212 СССР, МКИ B21D 5/06. Закрытый калибр непрерывного про-филегибочного стана.

52. Антипанов В.Г., Шемшурова Н.Г. Расчет калибровки валков для производства гнутых равнополочных швеллеров: Методические указания. Магнитогорск: МГМИ, 1990. 41 с.

53. A.c. 1202662СССР, МКИ B21D 5/06. Профиль высокой жесткости.

54. A.c. 1497852 СССР, МКИ B21D 5/06. Клеть формовочного стана.

55. А.С. 1345438 СССР, МКИ B21D 5/06. Способ формовки профилей высокой жесткости.

56. А.С. 1142195 СССР, МКИ B21D 5/06. Способ производства профилей высокой жесткости.

57. Формовка профилей высокой жесткости с локальным нагревом ТВЧ / Р.Ю. Дебердеев и др. // Теория и технология производства гнутых профилей: Сб. науч. тр. Харьков: УКРНИИМЕТ, 1981. С.75-80.

58. Березовский С.Ф. Производство гнутых профилей. М.: Металлургия, 1985. 200 с.

59. Давыдов В.И., Максаков М.П. Производство гнутых тонкостенных профилей. -М.: Металлургиздат, 1959. 232 с.

60. Богоявленский К.Н. Связь между твердостью и другими мехсвойствами в гнутых профилях в зависимости от упрочнения // Обработка металлов давлением: Труды ЛПИ. М.-Л.: Машгиз, 1959. Вып. 203, С.104-119.

61. Wallner F., Ponshab H. // Bander-Bleche-Rohre. 1970,11. № 6. 311-316 (нем.)

62. Descude M., Magniez G. // Rev. met (France), 1976, 73. №1. 13-35, II-IV (франц.).

63. Пат. 3806373 США, МКИ В2Ш 25/06. Способ производства холоднокатаной заготовки для профилирования.

64. Yoshida Kiyota. // Сосэй то како: J. Jap. Soc. Technol. Plast, 1975, 16. №176. 808-816 (англ.).

65. FinckensteinE.V. //Ind. Anz., 1971, 93. №93. 2324-2325 (нем.).

66. Suzuki Kiyoshi etc. // // Сосэй то како: J. Jap. Soc. Technol. Plast, 1975, 16. №179. 1171-1173 (япон.).

67. Kokado Jun-ichi // Сосэй то како: J. Jap. Soc. Technol. Plast, 1973, 14. №150. 553 (япон.).

68. Hubner G., Neubauer A., Oswald J. // Fertigungstechn. und Betr, 1970, 20. №12. 733-739 (нем.).

69. Grumbach M., Prudhomme M. // Construction (France), 1973, 28. №6. 194-197 (франц.).

70. Kokado Jun-ichi, Onoda Yoshitomi // Сосэй то како: J. Jap. Soc. Technol. Plast, 1972,13. №132. 21-32 (англ.).

71. Saito Yoshihiro, Fujita Yoneaki, Kato Kenzo // Сосэй то како: J. Jap. Soc. Technol. Plast, 1972,13. №143. 907-918 (япон.).

72. A.c. 1040319 СССР, МКИ GOIB 5/20. Способ определения серповидности полосового проката.

73. А.С. 893410 СССР, МКИ B23D 19/00. Способ задачи полос в формовочный агрегат.

74. A.c. 1063503 СССР, МКИ B23D 35/00. Способ формовки профилей высокой жесткости.

75. Weimar G. // Bander-Bleche-Rohre. 1967, 8. № 5. 308-317 und № 6. 395-403 (нем.)

76. Engelgardt W. // Ind. Anz., 1950, r 2. S. 62-63.

77. Griffin E. // J. Inst. Metals, 1956, vol. 84, part 7. P. 181-187.

78. Angel R. // Iron Age, 1949, vol. 163, № 18. P. 83-88.

79. Голен Ш. Расчет усилий и энергии при пластической деформации металлов. М.: Металлургиздат, 1958.

80. Mackelt H. // Stahl und Eisen, 1955. №12. S. 793-795.

81. Рашников В.Ф. Совершенствование сквозной технологии производства проката из конструкционной стали. Челябинск: УДЭНТП. С.3-4.

82. РД 50-149-79. Методические указания по оценке технического уровня и качества промышленной продукции. М.: Изд-во стандартов, 1979.

83. ГОСТ 23554. Система управления качеством продукции. Экспертные методы оценки качества промышленной продукции: Основные положения. М.: Изд-во стандартов, 1982.

84. Методика применения экспертных методов для оценки качества продукции. М.: Изд-во стандартов, 1975.

85. Гун Г.С. Управление качеством высокоточных профилей. М.: Металлургия, 1984. 151 с.

86. Комплексная оценка качества гнутых профилей на Магнитогорском металлургическом комбинате / М.Ф. Сафронов, Г.С. Гун, B.JI. Корнилов и др. // Труды второго конгресса прокатчиков (Череповец, 27-30 октября 1997 г.). -Москва, 1998. С. 420-424.

87. Комплексная оценка качества стальных гнутых профилей на Магнитогорском металлургическом комбинате / М.Ф. Сафронов, Г.С. Гун, B.JI. Корнилов и др. // Производство проката, 1998. №5. С. 32-36.

88. К вопросу о трещинообразовании при профилировании / М.Ф. Сафронов, B.JI. Корнилов, C.B. Кривоносов, В.Ф. Афанасьев // Эффективные технологии: Сб. трудов КНТ ММК. Магнитогорск, 1997. Вып. 2. С. 58-62.

89. Пат. 2120481 России, МКИ C21D 9/48. Способ прокатки полос.

90. Корнилов B.JI., Шемшурова Н.Г., Антипанов В.Г. Статистические исследования уровня качества подката стали марки ЗГпс для профилирования // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. Магнитогорск: ОАО ММК-ЦЛК, 2000. Вып. 4. С. 284-293.

91. Исследование пригодности стали ЗГпс к профилированию / B.JI. Корнилов, В.Г.,Антипанов, В.Ф. Афанасьев, C.B. Кривоносов // Производство проката, 1999. №11. С. 18-20.

92. Корнилов B.JI., Антипанов В.Г., Шемшурова Н.Г. Экспериментальные исследования возможности профилирования стали ЗГпс без разрушения // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. Магнитогорск: ОАО ММК-ЦЖ, 2000. Вып. 4. С. 294-299.

93. Исследование влияния химического состава металла на его способность деформироваться без разрушения при профилировании / С.А. Тулупов, Н.Г. Шемшурова, В.А. Хмель, В.Г.Антипанов // Сталь, 1982. №1. С. 53-54.

94. Смирнов C.B. Деформируемость и поврежденность металлов при обработке давлением // Автореферат дис. на соиск. уч. степ, д.т.н. Екатеринбург: УРОРАН, 1998. 40 с.

95. Дина A.M. Математическая статистика. М.: Высшая школа, 1975. 398 с.

96. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. -М.: Машиностроение, 1985. 232 с.

97. Исследование применимости стали А36-2 (ЗГпс) для профилирования / B.JI. Корнилов, В.Г. Антипанов, Е.М. Шмелева, C.B. Кривоносов // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. Магнитогорск: ОАО ММК-ЦЖ, 1999. Вып. 3. С. 222-228.

98. Анализ современных методов оценки штампуемости низкоутлеродистых листовых сталей / С.А. Братусь, A.A. Востриков, Л.А. Никитина, И.Ю. Надеина // Обзорная информация: Серия Прокатное производство. М.: Черная металлургия, 1978. Вып. 3. С. 10.

99. Прокатка и прокатное оборудование: Экспресс-информация. М.: ВИНИТИ, 1971. № 42. С. 21-22.

100. Смирнов Е.В., Гунько Б.А., Тишков В .Я. и др. // Сталь, 1980. №5. С. 388394.

101. Третьяков A.B., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при ОМД: Справочник. М.: Металлургия, 1973. 224 с.

102. Разработка и освоение технологии производства холодногнутых профилей на станах 0,5-2,5 и 1-5 ЛПЦ №7: Отчет ЦЗЛ ММК. Магнитогорск, 1976. 62с.

103. Особенности профилирования полос в условиях всестороннего сжатия / В.Г. Антипанов, C.B. Кривоносое, В.Л. Корнилов, В.Ф. Афанасьев // Производство проката, 1999. №11. С. 15-17.

104. Шемшурова Н.Г. О расчете поперечной деформации металла при профилировании // Известия вузов. Черная металлургия, 1995. № 12. С. 25-28.

105. Мельгуй М.А., Матюк А.Ф. Контроль механических свойств листового проката сталей в потоке производства // Физические свойства металлов и проблемы неразрушающего контроля. Минск: Наука и техника, 1978. С. 57-75.

106. Долгова Л.И., Корнилов В.Л. Опыт применения неразрушающего контроля металла полосовой заготовки для профилирования // Эффективные технологии: Сб. трудов КНТ ММК. Магнитогорск, 1997. Вып. 2. С. 104-113.

107. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник / под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1976. Том 2. 326 с.

108. Неразрушающий контроль свойств заготовки для профилирования /В.Л. Корнилов, Л.И. Долгова, В.Г. Антипанов, В.Ф. Афанасьев // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. Магнитогорск: ОАО ММК-ЦЖ, 1999. Вып. 3. С. 309-313.

109. Дедек Вл. Полосовая сталь для глубокой вытяжки. М.: Металлургия,1970. 208 с.

110. Заявка № 99-107253 от 06.04.99, МКИ B21D 5/06. Профилегибочный стан. Решение о выдаче патента от 04.05.2000 г.

111. А.с. 1250347 СССР, МКИ B21D 5/06. Способ профилирования горячекатаной полосовой стали.

112. Корнилов B.JL, Долгова Л.И., Афанасьев В.Ф. Опыт применения нераз-рушающего контроля полосовой заготовки для производства гнутых профилей // Сталь, 2000. №7. С. 62-65.

113. Заявка № 97-118550 от 29.10.97, МКИ B21D 5/06. Система калибров для профилирования равнополочных швеллеров /. В.Г. Антипанов, М.Ф. Сафро-нов, B.JI. Корнилов и др. Решение о выдаче патента от 25.02.98 г.

114. Особенности свойств и технологии профилирования заготовки из стали А36-2 / В.Л. Корнилов, В.Г. Антипанов, В.Ф. Афанасьев и др. // Труды третьего конгресса прокатчиков (Липецк, 19-22 октября 1999 г.). Москва, 2000. С. 488-490.

115. Пат. 2113928 России, МКИ B21D 5/06. Профилегибочный стан / В.Г. Антипанов, М.Ф. Сафронов, В.Л. Корнилов и др.

116. Пат. 2113927 России, МКИ B21D 5/06. Способ производства профилей высокой жесткости / В.Г. Антипанов, М.Ф. Сафронов, В.Л. Корнилов и др.

117. The abilities of non-destructive magnetic control of mechanical properties of roll forming billets / L.I. Dolgova, A.A. Morozov, V.L. Kornilov and others // 15th World Conference on Non-Destructive Testing. Rome (Italy), 2000. P. 310.

118. Корнилов В.Л., Антипанов В.Г., Афанасьев В.Ф. Исследование причин трещинообразования при профилировании // Сталь, 2000. №10. С. 74-75.

119. Антипанов В.Г., Корнилов В.Л., Кривоносов С.В. Совершенствование технологии производства сортовых гнутых профилей //Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. ЦЛК. Магнитогорск: ОАО «ММК» -ЦЛК;, 2000. Вып. 4. С. 207-215.