Развитие теории формирования внутренней поверхности холоднокатаных труб из высоколегированных сталей и сплавов, используемых в энергетических установках

Понедельник, 20 Апрель 2015

Докладчик

Кузнецов Денис Евгеньевич

  • Город: Днепропетровск
  • Направление прокатка, сталь, Трубы


    Тип доклада

    Доклад по законченной работе

    Научный руководитель

    Мазур Валерий Леонидович

    Мазур Валерий Леонидович

  • Должность: гл. научн. сотр.
  • Звание, степень: чл-корр. ФТИМС НАНУ; проф.; д.т.н.
  • Организация: ФТИМС НАНУ
  • Подразделение: отдел непреывной разливки и литейно-деформационных процессов
  • Город: Киев
  • Сайт: http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/mlu/mazur.html | Направление лист, прокатка, сталь


    Аннотация

    Актуальность темы. Эксплуатационная стойкость труб из высоколегированных сталей и сплавов, применяемых в энергетических установках, в значительной мере определяет успешность решения проблемы энергосбережения. Сложные условия эксплуатации, обусловленные высокими температурами, давлениями, воздействием агрессивных сред и радиационных потоков определяют необходимость разработки технологии изготовления труб, обеспечивающих повышение их долговечности. Состояние поверхности труб в значительной мере обусловливает зарождение очагов коррозии и локальных деформаций, приводящих в конечном итоге к разрушению труб в процессе эксплуатации. Одним из основных показателей качества внутренней и наружной поверхностей является их микрорельеф, оптимизация которого представляет актуальную научно-техническую задачу.  Эти обстоятельства определили выбор темы диссертационной работы и постановку её целевых задач.

    Задача исследований состояла в определении механизма формирования                                                    внутренней поверхности труб в процессе холодной пилигримовой прокатки.  

    Объект исследования. Технологический процесс изготовления холоднокатаных труб из высоколегированных сталей и сплавов циркония.

    Предмет исследований: закономерности формирования микрорельефа внутренней поверхности труб при холодной прокатки и последующих отделочных операций.

    Методы исследований основаны на использовании классической теории обработки металлов давлением, экспериментальном изучении деформационных процессов на промышленных станах холодной прокатки труб (ХПТ и ХПТР), сборе и обработке больших объёмов измерений повышенной точности состояния микрорельефа поверхностей труб. Для обеспечения достоверности результатов исследований использовался разработанный измерительно-вычислительный комплекс, оснащённый контактным датчиком высокой разрешающей способности, а также применялись растровый и оптический микроскопы.  За основу алгоритма обработки результатов измерений взято представление микрорельефа поверхности труб в виде временных рядов и полей.

    Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

     1. Впервые путем сканирования внутренней поверхности в поперечных сечениях холоднокатаных труб из высоколегированных сталей и сплавов циркония наружным диаметром 5-80 мм с толщиной стенки в интервале 0,4-10,0 мм и амплитудно-частотного анализа результатов измерений установлена размерная структура микрорельефа поверхности. Доказано, что основными составляющими отклонений внутренней поверхности труб исследованного сортамента являются: макроотклонения глубиной до 100 мкм с периодичностью 0,18-0,4 величин внутреннего периметра труб и микроотклонения размерами до 30 мкм. В научном плане эти результаты расширяют представление о размерной структуре микрорельефа внутренней поверхности труб указанного сортамента.

    2. Впервые установлены закономерности развития микрорельефа внутренней поверхности труб в процессе холодной прокатки на станах ХПТ. Микрорельеф внутренней поверхности прокатываемых труб формируется преимущественно в конце обжимной зоны на участке длиной ~10% общей протяженности очага деформации, а также по всей длине его калибрующего участка. Величина микронеровностей внутренней поверхности труб прямо пропорционально зависит от размерных макроотклонений заготовки и рабочего конуса по длине очага деформации. Научная значимость установленных закономерностей и зависимостей состоит в экспериментальном обосновании применительно к процессу холодной периодической прокатки труб основополагающего тезиса теории обработки давлением, состоящего в том, что формирование микрорельефа внутренней поверхности труб является результатом пластической деформации всего смещенного объема металла, а не только его поверхностных слоев, прилегающих к оправке. 

    3. С использованием математической модели авторегрессии-скользящего среднего разработан новый метод определения количественной взаимосвязи отклонений профилей поперечных сечений наружной и внутренней поверхностей труб по длине очага деформации при их холодной прокатке. Метод заключается в одновременном измерении координат наружного и внутреннего профилей прокатываемой трубы в поперечных сечениях очага деформации и последующем вычисления передаточной функции между ними. Научная значимость методики состоит в том, что она открывает новые возможности оперативного выявления участков зарождения в очаге деформации дефектов внутренней поверхности прокатываемых труб.

    4. Предложены новые подход и метод количественной оценки площади контакта (опорной площади) внутренней поверхности холоднокатаных труб с оправкой в очаге деформации при прокатке. Метод основан на фотосъемке микрорельефа поверхности труб, преобразовании снимков в бинарные изображения и последующем вычислении суммарной площади белых участков на темном фоне снимков, величина которых характеризует относительную опорную площадь. Значимость для науки разработанных подхода и метода состоят в том, что впервые с их использованием появилась возможность достоверного определения опорной площади контакта рабочего инструмента с деформируемым металлом как при прокатке труб, так и в других процессах обработки металлов давлением. 

    5. Получила дальнейшее развитие математическая модель формирования смазочной пленки в мгновенном очаге деформации при прямом и обратном ходе клети стана ХПТ. Полученные зависимости толщины смазочного слоя между внутренней поверхностью трубы и оправкой впервые учитывают такие параметры процесса как направление прокатки, величину подачи, конусность оправки, степень деформации. Значимость для науки полученных результатов состоит в том, что достигнута возможность определения протяженности в очаге деформации участков граничного и жидкостного (псевдожидкостного) трения путем сопоставления объема смазки в зоне контакта прокатываемой трубы с оправкой и объема микроуглублений поверхности деформируемого металла и, как результат, более точного расчета коэффициента трения. 

    Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 14 источниках, в том числе: в 11 статьях, опубликованных в специализированных журналах, в описании декларационного патента на полезную модель и в тезисах 3-х конференций.

    Структура диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 7 разделов, выводов, списка использованных источников. Полный объем диссертации включает 114страниц, 37иллюстраций, 2 таблицы. Список литературы содержит 88библиографических источника.

    Комментарии (0)

    Оставить комментарий

    Please login to leave a comment.