Більш широке застосування прокату зі сталі відлитої методом безперервного лиття
вимагає особливої уваги до питань пов'язаною з управлінням якістю безперервнолитого злитка.
Одним з технологічним рішень, що дозволяє вирішити ці питання, є "м'яке обтиснення".
Суть даного технологічного прийому полягає в тому, що злиток отримує обтиснення декількома парами
роликів в області остаточного затвердження злитка, в той час як його серцевина знаходиться в двофазному стані
. При цьому усуваються осьові пористість і ликвация. Принципове значення при розробці технології
"м'якого обтиснення" має питання правильного визначення напружено-деформованого стану безперервнолитого
злитка виникаючого в зоні обтиснення роликами.
При цьому, напруження, що формуються не повинні перевищувати критичні значення. У іншому випадку, в злитку можуть утворитися зовнішні і внутрішні тріщини, що приводять до погіршення його якості.
Напружено-деформований стан безперервнолитого злитка в зоні редукуювання визначається трьома складовими:
- Термічними напруженнями, які виникають через перепад температури по перетину злитка;;
- Напруження, виникаючі від дії ферростатичного тиску рідкого металу;
- Напруження, виникаючі від деформації металу валянням. У загальному випадку, для моделювання необхідно знати геометричні розміри злитка, розподіл температури по його перетину, залежність механічних властивостей стали від температури, технологічні параметри процесу, а також критерії по яких буде оцінюватися правильність результатів. Розрахунок проводився для безперервнолитого блюма перетином 355Х400 мм з сталі 09Г2С. Для визначення розподілу температур по перетину злитка була створена кінцево-елементна модель кристалізації злитка. Результати розрахунку температури послужили початковими даними для розрахунку термічних напружень. Первинну оцінку величини термічних напружень і характеру їх розподілу по перетину твердоі оболонки злитка виконували по наступній залежності:
де b- коефіцієнт термічного розширення 1/До; Е- модуль пружності МПа; n-коефіцієнт Пуассона; Тs- температура солидус °З; Тп- температура поверхні злитка °З; Х- відносна координата; j- фіктивний шар твердої фази.
При високій температурі виникаючі напруження релаксують згідно із законом Максвелла.
Термічні напруження з урахуванням релаксації можна визначити з вираження:,
де t- поточний час з; tрел- час релаксації с.
Проїзведенний розрахунок показав, що в перетині, що цікавиться максимальні напруження розтягнення утворяться в середині твердоі оболонки. Їх величина коливається на рівні 45 МПа. У поверхневих шарах знак напружень міняється - вони переходять в ті, що розтягують, а їх величина складає біля 120 МПа. У кутах злитка (мають більш низьку температуру) виникаючі напруження характеризуються більш високими значеннями. Результати розрахунку представлені на малюнку 1
Малюнок 1 Розподіл термічних напружень в твердоі оболонці безперервнолитого блюма перетином 355Х400 мм, марка стали 09Г2С, відстань від меніска рідкої лунка 15 метрів.
У також час, такий підхід не дозволяє визначати поля напружень, що є обов'язковою умовою для розрахунку напружень при редукуювання роликами. Для отримання полів напружень в поперечному перетині блюма був проведений розрахунок за допомогою методу кінцевих елементів. При розробці математичної моделі для розрахунку термічних напружень були прийняті наступні допущення:
а) розподіл температури по товщині твердоі лінійний;
б) твердоі корочка блюма знаходиться в пружно- пластичному стані;
у) властивості матеріалу залежать від температури;
г) грані злитка являють собою "жорстку раму".
Аналіз отриманих результатів математичного моделювання дозволив
запропонувати новий спосіб обтиснення безперервно литого блюмов,
відповідно до якого обтиснення злитка проводять дифференцированно по його ширині. У цьому випадку,
як показала попередня оцінка, знижується ризик появи зовнішніх і внутрішніх тріщин, за рахунок створення
більш сприятливого напружено-деформованого стану.
