ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 620.172.21:539.4.014.13
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-1-88-99
Аннотация
Технологические процессы холодной листовой прокатки сопровождаются неравномерностью деформации стальной заготовки, что является основной причиной возникновения остаточных напряжений и может существенно повлиять на механические свойства листового или полосового проката. Остаточные напряжения могут привести к браку на финальных операциях обработки такой продукции или преждевременному выходу из строя готовых изделий. Для правильной организации технологического процесса прокатки необходимо прогнозировать распределение остаточных напряжений при различных параметрах технологии непосредственно в момент выпуска холоднокатаного листового проката, поэтому задача определения остаточных напряжений и их влияния на качество стального листа представляется актуальной. Целью работы является оценка остаточных напряжений, возникающих в процессе изготовления холоднокатаной листовой заготовки, предназначенной для холодной штамповки, с использованием метода термоэлектродвижущей силы (ТЭДС). Для экспериментального определения значений ТЭДС образцов холоднокатаной ленты из стали марки 08Ю на комплексе Gleeble 3500 использована авторская методика, положительно зарекомендовавшая себя при исследовании этим методом твердости. Доказано, что между значениями ТЭДС и остаточными напряжениями, измеренными поперек направления прокатки, возникающими при производстве холоднокатаной стальной ленты, наблюдается сильная положительная корреляция, свидетельствующая, что с увеличением остаточных напряжений ленты значения ТЭДС возрастают. При этом верно и обратное положение: чем выше значение ТЭДС, тем следует ожидать более высоких остаточных напряжений в направлении поперек прокатки. Предложена методика, состоящая в построении аппроксимирующих прямых для экспериментальных зависимостей значений ТЭДС от градиента температур, тангенс угла наклона которых представляет собой коэффициент Зеебека, что может быть использовано для оценки остаточных напряжений с построением карт их распределения по поверхности ленты. Таким образом, доказана перспективность использования метода ТЭДС для контроля остаточных напряжений холоднокатаной стальной ленты.
Ключевые слова
холоднокатаная лента, распределение остаточных напряжений по длине и ширине ленты, термоэлектрический метод исследования, термоэлектродвижущая сила, коэффициент Зеебека
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России (проект FZRU-2025-0003).
Для цитирования
Термоэлектрическая неразрушающая оценка остаточных напряжений в холоднокатаной стальной ленте / Чукин М.В., Копцева Н.В., Ефимова Ю.Ю., Шеметов А.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №1. С. 88-99. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-1-88-99
1. Павлов И.М. Теория прокатки. М.: Наука, 1950. 610 c.
2. Колмогоров Г.Л., Кузнецова Е.В., Тиунов В.В. Технологические остаточные напряжения и их влияние на долговечность и надежность металлоизделий: монография. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. 226 с.
3. Методы исследования механических характеристик металлов и сплавов в процессах обработки давлением с учетом неоднородности структуры / М.П. Барышников, М.В. Чукин, А.Б. Бойко и др. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 4 (48). С. 26-31.
4. Through-thickness resolution, stress oscillations and residual stress in cold rolling / F. Flanagan, A. N. O’Connor, M. Erfanian et al. // European Journal of Mechanics, A/Solids. 2025, vol. 114, 105761. DOI:10.1016/j.euromechsol.2025.105761.
5. Богданов Н.В., Будюкин А.М. Влияние остаточных напряжений в металле кузова автомобиля после ДТП на его надежность // Современные технологии, применяемые при обслуживании и ремонте автомобилей: сб. тр. V Национальной межвузовской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. Санкт-Петербург: Изд-во Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I. 2022. С. 101-105.
6. Игнатьев А.Г., Третьяков А.А. Повышение долговечности восстановленных деталей машин на основе управления остаточными напряжениями // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. 2018. Т. 18. №1. С. 58-67. DOI: 10.14529/engin180107.
7. Adrian D., & Crisan A. Cold Rolling Effects on Material Properties in Pallet Rack Uprights. The Open Civil Engineering Journal. 2017, no. 11, pp. 319–331. doi.org/10.2174/1874149501711010319.
8. Investigation into the distribution of residual stresses in pressed-braked thin-walled steel lipped channel sections using the 3D-FEM technique / A. Mutafia, N. Yidris, J. Loughlan et al. // Thin-Walled Structures. 2019, vol. 135, February, pp. 437-445. DOI:10.1016/j.tws.2018.11.003
9. Influence of process parameters on the residual stress state and properties in disc springs made by incremental sheet forming (ISF)/ Afzal, M.J., Hajavifard, R., Buhl, J. et al. //Forsch Ingenieurwes. 2021, vol. 85, рp. 783–793. https://doi.org/10.1007/s10010-021-00491-w
10. Колмогоров Г.Л., Кузнецова Е.В., Хабарова Д. Релаксация остаточных напряжений и точность трубных металлоизделий // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2018. № 3 (16). С. 103-108.
11. Погуляев С.И., Максютин И.В., Попков А.С. Влияние неравномерности распределения остаточных и эксплуатационных напряжений в трубах на возникновение в них дефектов коррозионного растрескивания под напряжением // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2022. № 1 (50). С. 120-132.
12. Логинов Ю. Н., Грехов С. К. Формирование остаточных напряжений при волочении низкоуглеродистой проволоки // Сталь. 2021. № 5. С. 25-28.
13. Громов Д.В., Радионова Л.В., Глебов Л.А. Анализ остаточных напряжений в проволоке после волочения в монолитной волоке // Вестник ЮУрГУ. Серия: Металлургия. 2025. Т. 25. №3. С. 48-59. DOI: 10.14529/met250305.
14. Файрушин А.М., Маркелов Д.А., Марченко И.А. Исследование закономерностей возникновения остаточных напряжений в листовом металле после операций гибки в холодном состоянии // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2020. № 4. С. 74-84.
15. Влияние остаточных напряжений на качество изделий при холодной обработке давлением листовых заготовок / А.П. Коликов, А.В. Лютцау, Н.Л. Лисунец и др. // Известия МГТУ «МАМИ». 2011. № 2(12). С. 139-144.
16. Careful finite element simulations of cold rolling with accurate through-thickness resolution and prediction of residual stress. / F. Flanagan, A. N. O’Connor, M. Erfanian et al. // АrXiv preprintarXiv:.2408.03242. 2024, рp. 1-33. https://arxiv.org/pdf/2408.03242
17. Nakhoul R., Montmitonnet P., Potier-Ferry M. Multi-scale method for modeling thin sheet buckling under residual stresses in the context of strip rolling / // International Journal of Solids and Structures. 2015, vol. 66, pp. 62-76. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.03.028.
18. Максимов Е.А., Шаталов Р.Л., Шаламов В.Г. Разработка методики расчета остаточных напряжений и параметров пружинения листа на роликовой правильной машине // Известия вузов. Черная металлургия. 2021 Т. 64. № 1. С. 14-20. DOI: 10.17073/0368-0797-2021-1-14-20.
19. Research on Distribution of Residual Stresses of Cold Rolled Sheet Distorted Area Based on ANSYS / Sun W., Shao J., He A. et al. // Мanufacturing technology – abstracts. 2015, April, vol. 15, no. 2, рp. 220-226. DOI: 10.21062/ujep/x.2015/a/1213-2489/MT/15/2/220.
20. Третьяков Е.М. Остаточные напряжения в холоднодеформированных тонких изделиях и в тонколистовом дрессированном металле // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2008. № 1. С. 49-61.
21. Разрушающие методы определения остаточных напряжений (обзор) / А.Д. Монахов, Н.О. Яковлев, В.В. Автаев и др. // Труды ВИАМ. 2021. №9 (103). С. 95-104. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-9-95-104.
22. Пичугин С.С., Шитиков В.С., Головков А.Н. Неразрушающие методы оценки остаточных напряжений // Труды ВИАМ. 2024. №1 (131). С.101-112. DOI: 10.18577/2307-6046-2024-0-1-101-112.
23. Орлов Д. В. Термоэлектрические эффекты в металлах. Екатеринбург: УрФУ, 2005. 150 с.
24. Солдатов А.И., Солдатов А.А., Костина М.А. Современные тренды применения термоэлектрического метода в неразрушающем контроле (обзор) // Дефектоскопия. 2024. № 2. С. 64-83.
25. Нестерович Ю.И. Разработка метода и средства термоэлектрического контроля металлов и сплавов: дис. …канд. техн. наук. Орел, 2000. 281 с.
26. Анализ возможностей термоэлектрического метода неразрушающего контроля / М.В. Тимофеев, А.Ю. Татаринов, Р.Н. Фомевко и др. // Справочник. Инженерный журнал. 2008. № 8 (137). С. 25-30
27. Carreon H., Medina A. Nondestructive characterization of the level of plastic deformation by thermoelectric power measurements in cold-rolled Ti-6Al-4V samples // Materials Science, Nondestructive Testing and Evaluation. 2007, vol. 22, no. 4, рp. 299-311. DOI: 10.1080/10589750701546960.
28. Nondestructive proximate testing of plastic deformations by differential thermal EMF measurements / A.A. Soldatov, A.I. Seleznev, I.I. Fiks et al. // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2012, vol. 48, is. 3, pp. 184-186. DOI: 10.1134/S1061830912030060.
29. Thermoelectric Nondestructive Evaluation of Residual Stress in Shot-Peened Metals / H. Carreon, P.B. Nagy, M.P. Blodgett // Research in Nondestructive Evaluation. 2002, vol. 14, is. 2, pp. 59. DOI: 10.1080/09349840209409705
30. Чукин М.В., Ефимова Ю.Ю., Копцева Н.В. Определение неоднородности свойств холоднокатаной ленты по термоЭДС. Сообщение 1. Разработка методики исследования // Черные металлы. 2026. Февраль. С. 60-66.
31. Применение рентгеновского метода для определения напряженного состояния деталей железнодорожного транспорта / С.А. Никулин, С.Л. Шиткин, А.Б. Рожнов и др. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 3. С. 200-206. DOI:10.17073/0368-0797-2017-3-200-206