Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия

А. Г. Зинягин, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: ziniagin_ag@bmstu.ru
А. В. Мунтин, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: muntin_av@bmstu.ru
А. П. Степанов, аспирант, эл. почта: Stepanov_ap@bmstu.ru
М. О. Крючкова, старший преподаватель, эл. почта: mariya.mironova@bmstu.ru
Н. Р. Борисенко, аспирант, эл. почта: BorisenkoNikita17@yandex.ru

Рассмотрено численное моделирование процесса охлаждения стопы плакированного толстолистового проката с использованием метода конечных элементов. Основной целью исследования является прогнозирование длительности охлаждения, необходимого для проведения противофлокенной обработки и охлаждения стопы до температуры 100 оС, после чего возможна разгрузка листового проката из участка замедленного охлаждения. Актуальность работы обусловлена тем, что неравномерность охлаждения в стопе, вызванная неплоскостностью листов, контактом с бетонным полом и другими технологическими факторами, напрямую влияет на качество конечной продукции. В ходе исследования разработана трехмерная модель на основе метода конечных элементов, учитывающая комплексный теплообмен (теплопроводность, конвекцию и излучение), переменные теплофизические свойства разнородных слоев биметалла (основной слой 06ХГ2НФБ (К60) и плакирующий 08Х18Н10Т), а также реалистичные условия производства: темп прокатки, неодновременное формирование стопы и шероховатость поверхностей. Модель была верифицирована и адаптирована по результатам лабораторного эксперимента, что позволило уточнить ключевые коэффициенты теплопередачи для контактов «сталь – сталь», «сталь – бетон» и «сталь – воздух». В результате моделирования ряда промышленных сценариев получены аналитические зависимости времени охлаждения стопы до 100 ^оC от основных технологических параметров. Установлено, что наибольшее влияние оказывают начальная температура листов и число листов в стопе (высота стопы), тогда как влияние темпа прокатки менее значительно. На основе полученных данных выведены эмпирические формулы, описывающие эти зависимости степенными и логарифмическими законами. Практическая значимость работы заключается в предоставлении инструмента для точного расчета технологических режимов охлаждения, что позволяет оптимизировать процесс, сократить продолжительность производства и минимизировать риск возникновения дефектов в биметаллическом прокате.

1. Streisselberger A., Schwinn V., Hubo R. Microalloyed structural plate rolling heat treatment and applications. AG der Dillinger Huettenwerke 66748
Dillingen, Germany. 2003. — URL: https://niobium.tech/-/media/niobiumtech/attachments-biblioteca-tecnica/nt_microalloyed-structural-plate-rolling-heat-treatment.pdf (дата обращения: 29.01.2026)
2. Gorni A. A., da Silveira J. G. D. Accelerated cooling of steel plates: The time has come // J. ASTM Int. 2008. Vol. 5, Iss. 8. P. 1–7.
3. Головин С. В., Кравченко А. Г., Дремов В. П. Термомеханическая обработка высокопрочного толстолистового проката в условиях металлургического комплекса стан-5000 // Промышленное и гражданское строительство. 2025. № 12. С. 50–55. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.10.50-55
4. Huang Z., Shi Q., Chen F. et al. FEM simulation of the hydrogen diffusion in X80 pipeline steel during stacking for slow cooling // Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.). 2014. Vol. 27. P. 416–421. DOI: 10.1007/s40195-014-0073-z
5. Shen S.-D., Huang F.-X., Chen S.-H., Wang X.-H., Wang W.-J. Study on effect of stacking slow-cooling before rolling on center-segregation of continuous casting slab // Iron & Steel. 2010. Vol. 45, Iss. 10. P. 47–51.
6. Pyykkönen J. M., Martin D. C., Somani M. C., Mäntylä P. T. Thermal behaviour of steel plate during accelerated cooling // Materials Science Forum. 2010. Vols. 638–642. P. 2706–2711. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.638-642.2706
7. Jo H.-H., Kim K.-W., Park H., Moon J., Kim Y.-W., Shim H.-B., Lee C.-H. Estimation of cooling rate of high-strength thick plate steel during water quenching based on a dilatometric experiment // Materials. 2023. Vol. 16. 4792. DOI: 10.3390/ma16134792
8. Lee J., Samanta S., Steeper M. Review of accelerated cooling of steel plate // Ironmaking & Steelmaking: Processes, Products and Applications. 2015. Vol. 42, Iss. 4. P. 268–273. DOI: 10.1080/1743281215Y.0000000010a
9. Ziniagin A. G. Use of machine learning methods for determinatuon of the boundary conditions coefficients in a FEM task for the case of accelerated cooling of hot-rolled sheet metal // CIS Iron and Steel Review. 2023. Vol. 25. P. 58–66
10. Зинягин А. Г., Мунтин А. В., Степанов А. П., Борисенко Н. Р. Исследование особенностей формоизменения плакированного листа при горячей прокатке // Черные металлы. 2023. № 12. С. 49–55.
11. Зинягин А. Г., Мунтин А. В., Ильинский В. И., Никитин Г. С. Математическое моделирование процесса ускоренного охлаждения листа на стане-5000 // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2013. № 1. С. 9–15.

12. Spannar J., Sohlberg B. Modelling and identification of an air cooling process // Proceedings of the 1997 IEEE International Conference on Control Applications, Hartford, CT, USA, 1997. Р. 383–385. DOI: 10.1109/CCA.1997.627581
13. Speicher K., Steinboeck A., Kiefer T., Kugi A. Modeling thermal shocks and air cooling using the finite difference method // IFAC Proceedings Volumes. 2012. Vol. 45, Iss. 2. P. 364–368. DOI: 10.3182/20120215-3-AT-3016.00064
14. Pietzsch R., Brzoza M., Kaymak Y., Specht E., Bertram A. Simulation of the Distortion of Long Steel Profiles During Cooling // ASME. J. Appl. Mech. 2007. Vol. 74, Iss. 3. P. 427–437. DOI: 10.1115/1.2338050
15. Salganik V., Shmakov A., Pesin A., Pustovoytov D. Plate rolling modeling at mill 5000 of ojsc “magnitogorsk iron and steel” for analysis and optimization of temperature rates // AIP Conf. Proc. 15 June 2010. Vol. 1252, Iss. 1. P. 602–607. DOI: 10.1063/1.3457609
16. Zinyagin A. G., Borisenko N. R., Stepanov A. P., Kryuchkova M. O. Development of measures to reduce longitudinal bending of thick clad and alloyed steel plates during hot rolling // CIS Iron and Steel Review. 2025. Vol. 29. P. 56–60.
17. Zinyagin A. G., Muntin A. V., Tynchenko V. S. et al. Recurrent neural network (RNN)-based approach to predict mean flow stress in industrial rolling // Metals. 2024. Vol. 14, No. 12. 1329. DOI: 10.3390/met14121329
18. Zinyagin A. G., Borisenko N. R., Muntin A. V., Kruychkova M. O. Features of finite element modeling for hot rolling process of clad sheets and strips // CIS Iron and Steel Review. 2023. Vol. 26. P. 51–57.
19. Jung Soo Ok, Hwan Suk Lim, Seonggon Kim, Yong Tae Kang. Heat transfer performance assessment for precise accelerated control cooling of the hot heavy clad plate // Case Studies in Thermal Engineering. 2023. Vol. 45. 102965. DOI: 10.1016/j.csite.2023.102965
20. Блази В. Справочник проектировщика. Строительная физика. — М. : Техносфера, 2005. — 536 с.
21. Невилль А. М. Тепловые свойства бетона. — М. : Стройиздат, 1972. — 344 с.
22. Brimacombe J. K. Physical constants of some commercial steels at elevated temperatures. — London, 1973. — P. 1–38.
23. Heung-Kyu Kim, Seong Hyeon Lee, Hyunjoo Choi. Evaluation of contact heat transfer coefficient and phase transformation during hot stamping of a hat-type Part // Materials. 2015. Vol. 8. P. 2030–2042.
24. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопроводность. — М. : Энергия, 1975. — 488 с.