Прогнозування живучості прокатних валків
A new method for predicting the survivability of rolling rolls is proposed. The method distinguishes the evaluation of the parameters of the rolls in the state of delivery and operation. The following parameters of rolls in a state of delivery that, as a rule are regulated in technical documentation...
Gespeichert in:
| Datum: | 2022 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Physico-technological Institute of Metals and Alloys
2022
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/23 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Metal and Casting of Ukraine |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Metal and Casting of Ukraine| _version_ | 1871465418428776448 |
|---|---|
| author | Приходько, Ігор Бобирь, Сергій Воробей, Сергій |
| author_facet | Приходько, Ігор Бобирь, Сергій Воробей, Сергій |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Ігор Приходько",
"institution": "Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України"
},
{
"author": "Сергій Бобирь",
"institution": "Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України"
},
{
"author": "Сергій Воробей",
"institution": "Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України"
}
] |
| author_sort | Приходько, Ігор |
| baseUrl_str | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T12:09:42Z |
| description | A new method for predicting the survivability of rolling rolls is proposed. The method distinguishes the evaluation of the parameters of the rolls in the state of delivery and operation. The following parameters of rolls in a state of delivery that, as a rule are regulated in technical documentation are considered: grade and chemical composition of steel; the depth of the hardened layer during heat treatment; hardness of the barrel surface. In addition to these parameters, it is proposed to take into account the following most important in terms of further operation of the rolls: the amount of residual austenite in the hardened layer; density of dendritic structure; the magnitude of residual stresses; uneven hardness on the surface of the barrel of the roll. The greatest impact on the durability of the rolls can have residual stresses arising from heat treatment. Estimation of stresses is expedient to carry out with application of methods of computer modeling that allows tracing all kinetics of formation of structure and residual stresses in rolls at thermal processing. The method takes into account the following parameters of the operation of the rolls: the actual average reduced specific load on the roll, taking into account internal stresses and dynamic loads; the actual average mass operating temperature of the roll; characteristic size and type of defects, intensity of wear of the roll. It is shown that in the conditions of industrial enterprises it is most simple and convenient to estimate durability of a roll by total weight of hire made on this roll before its writing off. Empirical dependences, values of coefficients and basic parameters of working and support rolls of plate mills, hot and cold strip mills for calculation of durability of their operation (survivability) are given. The developed technique allows evaluating the influence of various factors of production and operation of rolls. In particular, calculations show that increasing the depth of the hardened layer of the working roll by 20 % and hardness by 10 % allows increasing the total weight of the rolled product before writing off the rolls by about 50 %. |
| doi_str_mv | 10.15407/steelcast2022.02.103 |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
103ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
на контактні питомі сили, так і на зсувні напруження
при захваті металу валками. В цьому випадку най-
важливішим завданням стає теоретична оцінка мож-
ливої тривалості експлуатації прокатних валків (їх
живучості).
Мета роботи – розробка методів прогнозування
живучості прокатних валків, що є актуальною зада-
чею.
Сучасний стан питання. Відомі публікації з цьо-
го питання не враховують багато факторів, що впли-
вають на живучість прокатних валків.
Наприклад, в роботі [1] оцінка живучості прокат-
них валків здійснена в детермінованій постановці з
використанням рівняння, що описує лінійну ділянку
кінетичної діаграми втомного руйнування:
В
ступ. Питання оцінки можливої тривалості екс-
плуатації прокатних валків вельми важливе для
визначення своєчасності закупівлі валків, забез-
печення раціональної схеми обороту валків на
підприємстві. На практиці при використанні валків
однієї марки сталі, одного виробника та сталої тех-
нології виготовлення валків визначення необхідного
парку валків і раціональної схеми їх обігу, як прави-
ло, виконують, виходячи з накопленого статистичного
набору даних за показниками експлуатації та причин
списання валків. Завдання ускладняються при зміні
постачальника валків, зміні марки сталі, технології
виготовлення або режимів експлуатації валків при
освоєнні нових видів сортаменту з підвищеними об-
тисканнями, швидкостями прокатки, що впливають як
ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022, № 2 (329), 103-108
https://doi.org/10.15407/steelcast2022.02.103
УДК 621.771.23-416.06:621.785.001.891.3.04
І.Ю. Приходько, д-р техн. наук, ст. наук. співр., зав. відділу, e-mail: isi@ukr.net, https://orcid.org/0000-0001-5651-8106
С.В. Бобирь, д-р техн. наук, ст. наук. співр., пров. наук. співр., e-mail: svbobyr07@gmail.com,
https://orcid.org/0000-0001-6816-1554
С.О. Воробей, д-р техн. наук, ст. наук. співр., ст. наук. співр., e-mail: vso54@ukr.net, https://orcid.org/0000-0003-0119-3935
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України (Дніпро, Україна)
Прогнозування живучості прокатних валків
Запропоновано новий метод прогнозування живучості прокатних валків. Метод розділяє оцінку параметрів вал-
ків у стані поставки та експлуатації. Враховуються наступні параметри валків у стані поставки, які зазвичай ре-
гламентуються в технічній документації: марка і хімічний склад сталі; глибина загартованого шару при термічній
обробці; твердість поверхні бочки. Окрім цих параметрів запропоновано враховувати наступні найбільш важливі
з точки зору подальшої експлуатації валків: кількість залишкового аустеніту в загартованому шарі; щільність ден-
дритної структури; величину залишкових напружень; нерівномірність твердості поверхні бочки валка. Найбіль-
ший вплив на довговічність валків можуть надавати залишкові напруження, що виникають при термічній обробці.
Оцінку напружень доцільно проводити із застосуванням методів комп'ютерного моделювання, що дозволяє про-
стежити всю кінетику формування структури і залишкових напружень у валках при термічній обробці. В методиці
враховуються наступні параметри експлуатації валків: фактичне середнє приведене питоме навантаження на ва-
лок з урахуванням внутрішніх напружень і динамічних навантажень; фактична середньомасова робоча темпера-
тура валка; характерний розмір та вид дефектів, інтенсивність зносу валка. Показано, що в умовах промислових
підприємств найбільш просто і зручно довговічність валка оцінювати сумарною масою металу, прокатаного цим
валком до його списання. Наведено емпіричні залежності, значення коефіцієнтів та базових параметрів робочих
та опорних валків товстолистових, широкоштабових станів гарячої та холодної прокатки для розрахунку довговіч-
ності їх експлуатації та живучості. Розроблена методика дозволяє оцінювати вплив різних факторів виробництва
та експлуатації валків. Наведено приклад спрощеного розрахунку довговічності робочих валків чистової групи
широкоштабового стана гарячої прокатки. Зокрема, розрахунки показують, що збільшення глибини загартова-
ного шару робочого валка на 20 % і твердості на 10 % дозволяє збільшити сумарну масу прокату до списання
валків приблизно на 50 %.
Ключові слова: прокатні валки, параметри вихідного стану та експлуатації, прогнозування живучості.
ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ
104 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ
загартованого шару, твердість на поверхні і розподіл
твердості по товщині загартованого шару, залишкові
напруження в об’ємі валка.
В результаті проведених нами досліджень вста-
новлено, що для більш об'єктивної оцінки живучості
валків в стані поставки додатково до вказаних пара-
метрів необхідно знати наступні:
– кількість залишкового аустеніту в загартованому
шарі;
– щільність дендритної структури;
– величину залишкових напружень;
– нерівномірність твердості по поверхні бочки валка.
Із зазначених факторів найбільший вплив на дов-
говічність валків можуть надавати залишкові напру-
ження, що виникають при термічній обробці. Ці на-
пруження при їх великих значеннях можуть привести
до руйнування валка на ранніх стадіях експлуатації,
а іноді навіть до її початку. У той же час, визначити
величину залишкових напружень складно. Експери-
ментальні методи малоефективні, оскільки руйнуючи
методи передбачають пошкодження дорогого валка,
а неруйнівні методи мають зазвичай високу похибку
[1]. До того ж експериментальні методи не дозволя-
ють визначити тимчасові напруження, що мають міс-
це безпосередньо в процесі термообробки, а вони в
ряді випадків бувають вище залишкових. Визначен-
ня внутрішніх дефектів суцільності нових валків, як
факторів їх подальшої експлуатаційної живучості,
ультразвуковими методами має складнощі у зв'язку
з їх великими діаметрами і товщиною робочого ша-
ру валків. У зв'язку з цим оцінку напружень доцільно
проводити із застосуванням методів комп'ютерного
моделювання, що дозволяє простежити всю кінети-
ку формування структури і залишкових напружень у
валку при термообробці [3–5].
Сукупність зазначених вище параметрів дає до-
сить повну картину стану валка при поставці з пози-
цій його живучості (довговічності). Однак на практиці
прийнято оцінювати довговічність валка більш кон-
кретними параметрами, які легко визначаються. До
таких можна віднести:
– сумарну масу прокату (або довжину прокату,
кількість монтажних партій), виробленого на даному
валку до його списання;
– витрату валків на тонну виробленого прокату,
кг/т;
dl/dN = C·(KImax/D)m, (1)
де KImax – максимальне значення коефіцієнта інтен-
сивності напружень за цикл, яке вираховується, ви-
ходячи з сумарних напружень від прокатки і залишко-
вих напружень від термообробки; l – радіус дискової
тріщини; N – число циклів; C, m – емпіричні коефіці-
єнти, що залежать від матеріалу валка (для стальних
валків можна прийняти C = 10-7, m = 2,85); D – коефі-
цієнт, що залежить від матеріалу валка і коефіцієнта
асиметрії R.
На рис. 1 і 2 представлено результати розрахунку
довговічності (кількості циклів) суцільно кованих ро-
бочого і опорного валків відповідно [1].
Автори роботи [2] наводять загальну схему факто-
рів, що впливають на живучість валків. З аналізу схе-
ми видно, що, окрім зносу, на живучість валка впли-
вають циклічні напруження на поверхні бочки валка.
Підвищення межі міцності пропорційно викликає під-
вищення межі текучості і межі витривалості сталей і,
відповідно, ресурсу їх роботи при циклічних наванта-
женнях. Однак ця схема носить якісний характер і не
дозволяє виконувати кількісні оцінки живучості валків.
В роботі [2] вплив залишкових напружень опису-
ється через їх відношення до межі витривалості для
різних марок валкових сталей.
Дані робіт [1, 2] використані нами при розробці ме-
тодів прогнозування живучості прокатних валків.
Основні результати роботи. Авторами цієї ро-
боти запропоновано наступний метод прогнозування
живучості прокатних валків.
На першому етапі необхідно провести оцінку па-
раметрів валків в стані поставки, найбільш важливих
з точки зору їх подальшої експлуатації. У технічній
документації на валки зазвичай регламентуються на-
ступні показники:
– марка сталі;
– хімічний склад сталі;
– глибина загартованого шару при термічній об-
робці;
– твердість поверхні бочки.
Від матеріалу валків залежить твердість і пов'язана
з нею зносостійкість, а також можлива глибина загар-
тованого шару при термічній обробці і його фазовий
склад. Технологія виготовлення визначає ступінь де-
формаційного опрацювання литої структури, глибину
Довговічність робочого валка [1]Рис. 1. Довговічність опорного валка [1]Рис. 2.
105ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ
– використання ресурсу робочого шару, %;
– середнє напрацювання валка (кількість прокату,
відповідного одному міліметру зменшення діаметра
при переточуванні валка), т/мм;
– середнє знімання металу при перешліфовці, мм.
В умовах промислових підприємств найбільш про-
сто і зручно довговічність валка оцінювати сумарною
масою прокату, виробленого на даному валку до його
списання.
На валках в процесі експлуатації (наприклад, при
ударах під час захвату переднього кінця розкату, при
збурюванні штаби) можуть виникати дефекти на по-
верхні бочки. Якщо ці дефекти не призводять до по-
ломки валка і можуть бути усунені при їх перешліфо-
вуванні, то це призводить до збільшення знімання
металу і, отже, зменшення довговічності валків.
В актах обстеження валків після появи великих
дефектів або поломок вказується причина списан-
ня валка: ступінь використання робочого шару, вид
дефектів на поверхні валка, місце поломки (по бочці
або шийці валка).
При підвищених статичних і динамічних наванта-
женнях під час експлуатації валки можуть виходити
з ладу внаслідок поломок шийок або появи дефектів,
які неможливо усунути (наприклад, тріщини, глиби-
ною, що перевищує товщину залишкового загартова-
ного шару).
Загальну схему експлуатації валка (при відсутнос-
ті поломок в процесі їх роботи) можна представити в
такий спосіб: (завалка валка в робочу кліть) → (про-
катка монтажної партії штаб) → (вивалювання валка з
кліті) → (переточування валків) → (завалка в кліть) →
→ (повторення цього циклу до повного використання
робочого шару валка) → (списання валка).
Таким чином, очікувана довговічність експлуатації
валків (сумарна маса прокату – МПР0) при відсутності
пошкоджень і поломки валків визначається:
МПР0 = (HЗАГ/SШЛ) mСР, (2)
де HЗАГ – товщина загартованого робочого шару вал-
ка, мм; SШЛ – середня глибина знімання при перешлі-
фовуванні валка, мм; mСР – середня маса монтажної
партії прокату, т.
Середня глибина знімання при перешліфовці вал-
ка визначається, головним чином, максимальною ве-
личиною зносу за період прокатки однієї монтажної
партії або глибиною найбільш глибокого дефекту на
поверхні валка (відкол, відшарування, надав та інше).
Живучість прокатного валка, як показано вище,
залежить від двох груп факторів – технології виготов-
лення валка і умов його експлуатації. Тому у даній ро-
боті для оцінки живучості валка нами пропонується
застосувати коефіцієнти живучості валка відповідно
в стані поставки (КЖ0) і експлуатації (КЖ1).
Тоді очікувана маса прокату до списання валків
буде визначатися за залежністю:
МПР = (HЗАГ/SШЛ)·mСР·КЖ0·КЖ1. (3)
Коефіцієнт живучості валка в стані поставки ви-
значається:
KЖ0 = (HRC/HRC0)
n1·(D0/D)n2·(1 – Ag)n3·(1 – σmax/σВ), (4)
де HRC – фактична твердість поверхні валка; HRC0 –
базове значення твердості поверхні валка; D – фак-
тична щільність дендритної структури загартованого
шару валка; D0 – базове значення щільності дендрит-
ної структури загартованого шару валка; Ag – частка
залишкового аустеніту в загартованому шарі валка;
σmax – максимальна величина залишкових напружень,
МПа; σВ – розрахункове значення тимчасового опору
розриву матеріалу прокатного валка, МПа; n1, n2, n3 –
показники ступеня впливу факторів.
Величину σВ можна визначити, наприклад, за відо-
мою твердістю сталі [6]. Щільність дендритної струк-
тури визначається за методикою, запропонованою в
роботі [7].
Коефіцієнт живучості валка в стані експлуатації
КЖ1 визначається за такою залежністю, в якій врахо-
вується вплив дефектів на поверхні бочки валка в ра-
зі їх появи на будь-якому етапі експлуатації:
KЖ1 = (T0/T)n4·(p0/p)n5·(1 – Kdef·Ldef/HЗАГ)
n6, (5)
де T – фактична середньомасова робоча темпера-
тура валка, °С; T0 – базова середньомасова робоча
температура валка, °С; p – фактичне середнє при-
ведене питоме навантаження на валок з урахуван-
ням внутрішніх напружень і динамічних навантажень,
МПа; р0 – базове значення навантаження, МПа; Kdef –
коефіцієнт виду дефекту; Ldef – характерний розмір
дефекту, мм; НЗАГ – товщина загартованого шару вал-
ка, мм; n4, n5, n6 – показники ступеня впливу факторів.
Базові значення параметрів визначаються, вихо-
дячи з гарантованого виробником ресурсу експлуата-
ції валка даного типу.
Значення коефіцієнта виду дефекту (Kdef) і харак-
терний розмір дефекту (Ldef) вибираються відповідно
до дефекту, найбільш небезпечного для живучості
даного валка із наявних.
Для застосування запропонованих залежностей
нами прийняті базові значення параметрів, які наве-
дені в табл. 1 і 2. В таблицях ТЛС – товстолистовий
стан, ШСГП і ШСХП – широкоштабові стани гарячої і
холодної прокатки.
З огляду на те, що основним фактором довговіч-
ності прокатних валків є їх знос в процесі експлуа-
тації, коефіцієнти залежностей (4) і (5) визначали на
основі розробленого нами раніше методу розрахунку
зносу прокатних валків [8], заснованого на результа-
тах теоретичних робіт [9, 10].
Відповідно до результатів цих робіт знос робочого
валка визначається сумарною довжиною прокатаних
штаб, величиною витяжки штаб в даній кліті, розміра-
ми осередку деформації і інтенсивністю зносу.
На основі проведених теоретичних та експери-
ментальних досліджень нами була отримана наступ-
на залежність для розрахунку інтенсивності зносу [4]:
106 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ
нів гарячої прокатки складає орієнтовно 0,5 мм (при
діапазоні 0,3–1,1 мм), середня маса монтажної пар-
тії – 2500 т, середнє сумарне допустиме зменшення
радіуса валка при переточуванні (яке визначається
глибиною загартованого шару) – 25 мм. Таким чином,
очікувана середня (базова) сумарна маса прокату за
повний час експлуатації робочого валка становить
125000 т.
При використанні валків більшої твердості поверхні
бочки (70 HRC замість 65 HRC) зі збільшеною глиби-
ною робочого шару (30 мм замість 25 мм) при незмін-
них інших параметрах валків (щільності дендритної
структури і кількості залишкового аустеніту) очікувана
маса прокату складе 210000 т, тобто майже в півтора
рази більша в порівнянні з базовим варіантом.
Розроблений метод розрахунку дозволяє визна-
чати найбільш ефективні методи та напрями впливу
IЗ = 60,2·104·pСР
0,57·(f/HRC)4,5·exp (0,0083·TB), (6)
де pср – середнє нормальне контактне напруження;
f – коефіцієнт тертя при прокатці; HRC – твердість
поверхні валка; TВ – середня температура валка при
прокатці.
На основі результатів робіт [1, 4, 7–10] отримано
середні значення коефіцієнтів n1–n6, які наведено в
табл. 3.
На основі даних роботи [1] встановлено, що зна-
чення Kdef в рівнянні (5) залежно від глибини загарто-
ваного шару складає 2,6–3,9.
Наведемо приклад спрощеного розрахунку довго-
вічності робочих валків чистової групи широкоштабо-
вого стана гарячої прокатки.
Середня глибина знімання при перешліфовуванні
робочих валків чистової групи широкоштабових ста-
Таблиця 1
Значення базових параметрів для розрахунку коефіцієнта живучості робочих валків листопрокатних
станів
Параметр
Значення параметрів для типів станів
ТЛС ШСГП
ШСХПчорнова
кліть
чистова
кліть
чорнова
кліть
чистова
кліть
Твердість поверхні, HRC 60 60 60 65 65
Щільність дендритної структури, 1/см2 200 250 200 250 170
Частка залишкового аустеніту в зага-
ртованому шарі валка, % 5 5 5 5 5
Базова середньомасова робоча тем-
пература валка, °С 65 65 65 65 65
Базове значення контактного наванта-
ження на валок, МПа 150 200 150 250 300
Таблиця 2
Значення базових параметрів для розрахунку коефіцієнта живучості опорних валків листопрокатних
станів
Параметр
Значення параметрів для типів станів
ТЛС ШСГП
ШСХПчорнова
кліть
чистова
кліть
чорнова
кліть
чистова
кліть
Твердість поверхні, HRC 50 50 50 50 50
Щільність дендритної структури, 1/см2 170 200 170 200 150
Частка залишкового аустеніту в зага-
ртованому шарі валка, % 5 5 5 5 5
Базова середньомасова робоча тем-
пература валка, °С 40 40 40 40 40
Базове значення контактного наванта-
ження на валок, МПа 200 300 250 400 450
Таблиця 3
Значення коефіцієнтів у формулах для розрахунку КЖ0, КЖ1
n1 n2 n3 n4 n5 n6
4,5 0,5 1,5 0,54 0,57 4,0
107ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ
на живучість прокатних валків. Наприклад, розрахун-
ковий вплив різних факторів на довговічність експлу-
атації робочих валків чистової групи клітей широко-
штабових станів гарячої прокатки складає (%):
– твердість поверхні валка – 15;
– товщина загартованого шару – 14;
– максимальна величина залишкових напружень – 11;
– частка залишкового аустеніту в загартованому
шарі валка – 13;
– щільність дендритної структури загартованого
шару – 8;
– середнє приведене питоме навантаження – 12;
– середньомасова робоча температура валка – 8;
– інші фактори – 19.
Наведені дані показують, що найбільш ефективни-
ми факторами збільшення живучості робочих валків
чистової групи є підвищення твердості поверхні вал-
ків і товщини загартованого шару, зменшення частки
аустеніту і величини залишкових напружень.
Висновки
1. В даній роботі для оцінки живучості валка за-
пропоновано застосувати коефіцієнти живучості вал-
ка відповідно в стані постачання (КЖ0) і експлуатації
(КЖ1).
2. В результаті проведених досліджень встановле-
но, що для більш об'єктивної оцінки живучості валків
в стані постачання додатково до відомих параметрів
слід використовувати наступні:
– кількість залишкового аустеніту в загартованому
шарі;
– щільність дендритної структури;
– величину залишкових напружень;
– нерівномірність твердості поверхні бочки валка.
3. Запропоновано новий метод оцінки живучості
прокатних валків в стані експлуатації, що враховує
рівень і розподіл залишкових напружень, наявність і
вид ушкоджень, температурні умови і рівень наванта-
жень в процесі прокатки.
1. Бочектуева Е.Б. Разработка расчетных методов оценки живучести рабочих и опорных прокатных валков: автореф.
дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук: спец. 01.02.06 «Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры»
/ Е.Б. Бочектуева. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 19 с.
2. Полухин П.Н., Николаев В.А., Полухин В.П., Толпеева Н.М. Прочность прокатных валков. Алма-Ата: Наука, 1984. 295 с.
3. Бобырь С.В., Крот П.В., Приходько И.Ю. и др. Моделирование фазовых превращений в процессе охлаждения леги-
рованных сталей при термической обработке прокатных валков. Фундаментальные и прикладные проблемы черной
металлургии: Сб. научн. тр. Днепр: Візіон. 2017. Вып. 31. С. 227–236.
4. Krot P.V., Bobyr S.V., Dedik M.А. Simulation of backup rolls quenching with experimental study of deep cryogenic treatment.
Int. J. of Microstructure and Materials Properties. 2017. Vol. 12. No. 3/4. P. 259–275.
5. Bobyr S.V., Krot P.V., Loschkarev D.V. Models of Structural Phase Transformations and Mechanical Properties of Alloy Steels
Rolls. Chapter in book Carbon Steel: Microstructure, Mechanical Properties and Applications – Hauppauge (USA): Nova
Science Publishers, Inc. 2019. P. 81–106. ISBN 978-1-53615-436-8.
6. Блюменауер Х., Хартмут В., Ирмгард Г. и др. Испытание материалов; пер. с нем. под ред. М.Л. Бернштейна. Москва:
Металлургия, 1979. 447 с.
7. Левченко Г.В., Демина Е.Г., Воробей С.А. и др. Оценка деформированного состояния металла по изменению параме-
тров дендритной структуры. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2009. № 5. С. 71–75.
8. Воробей С.А. Прогнозирование износа рабочих валков широкополосного стана горячей прокатки. Фундаментальные
и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. Днепропетровск: Візіон. 2006. Вып. 12. С. 213–220.
9. Литовченко Н.В., Заверюха В.Н. К оценке износа валков станов прокатки тонкой листовой стали. Известия ВУЗов.
Черная металлургия. 1966. № 11. С. 83–86.
10. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. Москва: Машиностроение, 1977.
526 с.
ЛІТЕРАТУРА
Надійшла 22.02.2022
REFERENCES
1. Bochektueva, E.B. (2010). Development of calculation methods for assessing the survivability of working and supporting
rolling rolls. Dissertation abstract. Speciality 01.02.06 "Dynamics and strength of machines, devices and equipment". Moscow:
MSTU of N.E. Bauman, 19 p. [in Russian].
2. Polukhin, P.N., Nikolaev, V.A., Polukhin, V.P., Tolpeeva, N.M. (1984). Strength of rolling rolls. Alma-Ata: Nauka, 295 p. [in Russian].
108 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ
3. Bobyr, S.V., Krot, P.V., Prikhodko, I.Yu. et al. (2017). Modeling of phase transformations during cooling of alloyed steels during
heat treatment of rolling rolls. Fundamental and applied problems of ferrous metallurgy. Dnepr: Vision, iss. 31, pp. 227–236
[in Russian].
4. Krot, P.V., Bobyr, S.V., Dedik, M.А. (2017). Simulation of backup rolls quenching with experimental study of deep cryogenic
treatment. Int. J. of Microstructure and Materials Properties, vol. 12, no. 3/4, pp. 259–275.
5. Bobyr, S.V., Krot, P.V., Loschkarev, D.V. (2019). Models of Structural Phase Transformations and Mechanical Properties of
Alloy Steels Rolls. Chapter in book Carbon Steel: Microstructure, Mechanical Properties and Applications Hauppauge (USA).
Nova Science Publishers, Inc., pp. 81–106. ISBN 978-1-53615-436-8.
6. Blumenauer, H., Hartmut, V., Irmgard, G. et al. (1979). Test materials. Translation from German edited by M.L. Bernstein.
Moscow: Metallurgiya, 447 p. [in Russian].
7. Levchenko, G.V., Demina, E.G., Vorobei, S.A. et al. (2009). Assessment of the deformed state of the metal by changing the
parameters of the dendritic structure. Metallurgical and mining industry, no. 5, pp. 71–75 [in Russian].
8. Vorobei, S.A. (2006). Forecasting wear of work rolls of a broadband hot rolling mill. Fundamental and applied problems of
ferrous metallurgy. Dnipropetrovsk: Vision, iss. 12, pp. 213–220 [in Russian].
9. Litovchenko, N.V., Zaveryukha, V.N. (1966). On the assessment of wear of rolls of thin sheet steel rolling mills. Izvestiya
VUZov. Ferrous metallurgy, no. 11, pp. 83–86 [in Russian].
10. Kragelsky, I.V., Dobychin, M.N., Kombalov, V.S. (1977). Fundamentals of calculations for friction and wear. Moscow:
Mashinostroenie, 526 p. [in Russian].
Received 22.02.2022
Summary I.Yu. Prykhodko, Dr. Sci. (Engin.), Senior Research Scientist, Head of the
Department, e-mail: isi@ukr.net, https://orcid.org/0000-0001-5651-8106
S.V. Bоbir, Dr. Sci. (Engin.), Senior Research Scientist, Leading Researcher,
e-mail: svbobyr07@gmail.com, https://orcid.org/0000-0001-6816-1554
S.O. Vorobei, Dr. Sci. (Engin.), Senior Research Scientist, Senior
Researcher, e-mail: vso54@ukr.net, https://orcid.org/0000-0003-0119-3935
Iron and Steel Institute of Z.I. Nekrasov of the NAS of Ukraine (Dnipro,
Ukraine)
Predicting the survivability of rolling rolls
A new method for predicting the survivability of rolling rolls is proposed. The method distinguishes the evaluation of the pa-
rameters of the rolls in the state of delivery and operation. The following parameters of rolls in a state of delivery that, as a rule
are regulated in technical documentation are considered: grade and chemical composition of steel; the depth of the hardened
layer during heat treatment; hardness of the barrel surface. In addition to these parameters, it is proposed to take into account
the following most important in terms of further operation of the rolls: the amount of residual austenite in the hardened layer;
density of dendritic structure; the magnitude of residual stresses; uneven hardness on the surface of the barrel of the roll.
The greatest impact on the durability of the rolls can have residual stresses arising from heat treatment. Estimation of stress-
es is expedient to carry out with application of methods of computer modeling that allows tracing all kinetics of formation of
structure and residual stresses in rolls at thermal processing. The method takes into account the following parameters of the
operation of the rolls: the actual average reduced specific load on the roll, taking into account internal stresses and dynamic
loads; the actual average mass operating temperature of the roll; characteristic size and type of defects, intensity of wear of
the roll. It is shown that in the conditions of industrial enterprises it is most simple and convenient to estimate durability of a roll
by total weight of hire made on this roll before its writing off. Empirical dependences, values of coefficients and basic param-
eters of working and support rolls of plate mills, hot and cold strip mills for calculation of durability of their operation (survivabil-
ity) are given. The developed technique allows evaluating the influence of various factors of production and operation of rolls.
In particular, calculations show that increasing the depth of the hardened layer of the working roll by 20 % and hardness by
10 % allows increasing the total weight of the rolled product before writing off the rolls by about 50 %.
Rolling rolls, initial state and operation parameters, survivability forecasting.
Keywords
|
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-23 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-23T01:01:43Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwmetalsandcastingcom/d2/a0aa1441480beb18f162665466afdfd2.pdf |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-232026-07-22T12:09:42Z Predicting the survivability of rolling rolls Прогнозування живучості прокатних валків Приходько, Ігор Бобирь, Сергій Воробей, Сергій rolling rolls initial state and operation parameters survivability forecasting прокатні валки параметри вихідного стану та експлуатації прогнозування живучості A new method for predicting the survivability of rolling rolls is proposed. The method distinguishes the evaluation of the parameters of the rolls in the state of delivery and operation. The following parameters of rolls in a state of delivery that, as a rule are regulated in technical documentation are considered: grade and chemical composition of steel; the depth of the hardened layer during heat treatment; hardness of the barrel surface. In addition to these parameters, it is proposed to take into account the following most important in terms of further operation of the rolls: the amount of residual austenite in the hardened layer; density of dendritic structure; the magnitude of residual stresses; uneven hardness on the surface of the barrel of the roll. The greatest impact on the durability of the rolls can have residual stresses arising from heat treatment. Estimation of stresses is expedient to carry out with application of methods of computer modeling that allows tracing all kinetics of formation of structure and residual stresses in rolls at thermal processing. The method takes into account the following parameters of the operation of the rolls: the actual average reduced specific load on the roll, taking into account internal stresses and dynamic loads; the actual average mass operating temperature of the roll; characteristic size and type of defects, intensity of wear of the roll. It is shown that in the conditions of industrial enterprises it is most simple and convenient to estimate durability of a roll by total weight of hire made on this roll before its writing off. Empirical dependences, values of coefficients and basic parameters of working and support rolls of plate mills, hot and cold strip mills for calculation of durability of their operation (survivability) are given. The developed technique allows evaluating the influence of various factors of production and operation of rolls. In particular, calculations show that increasing the depth of the hardened layer of the working roll by 20 % and hardness by 10 % allows increasing the total weight of the rolled product before writing off the rolls by about 50 %. Запропоновано новий метод прогнозування живучості прокатних валків. Метод розділяє оцінку параметрів валків у стані поставки та експлуатації. Враховуються наступні параметри валків у стані поставки, які зазвичай регламентуються в технічній документації: марка і хімічний склад сталі; глибина загартованого шару при термічній обробці; твердість поверхні бочки. Окрім цих параметрів запропоновано враховувати наступні найбільш важливі з точки зору подальшої експлуатації валків: кількість залишкового аустеніту в загартованому шарі; щільність дендритної структури; величину залишкових напружень; нерівномірність твердості поверхні бочки валка. Найбільший вплив на довговічність валків можуть надавати залишкові напруження, що виникають при термічній обробці. Оцінку напружень доцільно проводити із застосуванням методів комп'ютерного моделювання, що дозволяє простежити всю кінетику формування структури і залишкових напружень у валках при термічній обробці. В методиці враховуються наступні параметри експлуатації валків: фактичне середнє приведене питоме навантаження на валок з урахуванням внутрішніх напружень і динамічних навантажень; фактична середньомасова робоча температура валка; характерний розмір та вид дефектів, інтенсивність зносу валка. Показано, що в умовах промислових підприємств найбільш просто і зручно довговічність валка оцінювати сумарною масою металу, прокатаного цим валком до його списання. Наведено емпіричні залежності, значення коефіцієнтів та базових параметрів робочих та опорних валків товстолистових, широкоштабових станів гарячої та холодної прокатки для розрахунку довговічності їх експлуатації та живучості. Розроблена методика дозволяє оцінювати вплив різних факторів виробництва та експлуатації валків. Наведено приклад спрощеного розрахунку довговічності робочих валків чистової групи широкоштабового стана гарячої прокатки. Зокрема, розрахунки показують, що збільшення глибини загартованого шару робочого валка на 20 % і твердості на 10 % дозволяє збільшити сумарну масу прокату до списання валків приблизно на 50 %. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2022-05-20 Article Article Рецензована Стаття application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/23 10.15407/steelcast2022.02.103 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 30 No. 2 (2022): Metal and Casting of Ukraine Метал та лиття України ; Том 30 № 2 (2022): Метал та лиття України 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/23/328 Авторське право (c) 2023 Ігор Приходько, Сергій Бобирь, Сергій Воробей https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | прокатні валки параметри вихідного стану та експлуатації прогнозування живучості Приходько, Ігор Бобирь, Сергій Воробей, Сергій Прогнозування живучості прокатних валків |
| title | Прогнозування живучості прокатних валків |
| title_alt | Predicting the survivability of rolling rolls |
| title_full | Прогнозування живучості прокатних валків |
| title_fullStr | Прогнозування живучості прокатних валків |
| title_full_unstemmed | Прогнозування живучості прокатних валків |
| title_short | Прогнозування живучості прокатних валків |
| title_sort | прогнозування живучості прокатних валків |
| topic | прокатні валки параметри вихідного стану та експлуатації прогнозування живучості |
| topic_facet | rolling rolls initial state and operation parameters survivability forecasting прокатні валки параметри вихідного стану та експлуатації прогнозування живучості |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/23 |
| work_keys_str_mv | AT prihodʹkoígor predictingthesurvivabilityofrollingrolls AT bobirʹsergíj predictingthesurvivabilityofrollingrolls AT vorobejsergíj predictingthesurvivabilityofrollingrolls AT prihodʹkoígor prognozuvannâživučostíprokatnihvalkív AT bobirʹsergíj prognozuvannâživučostíprokatnihvalkív AT vorobejsergíj prognozuvannâživučostíprokatnihvalkív |