Патент на изобретение №2311974

(54) СПОСОБ ПРОКАТКИ С СОЗДАНИЕМ ЗАДАННОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПО СЕЧЕНИЮ ЗАГОТОВКИ И ЗАГОТОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Способ предназначен для получения бездефектных передельных сортовой или листовой заготовок и готового крупного профиля. Прокатку заготовок до заданного сечения для исключения образования поверхностных рванин производят с созданием сжимающих напряжений во внешних слоях заготовки путем обеспечения регламентированных соотношений параметров прокатки или для исключения образования внутренних дефектов при прокатке крупных профилей – в осевой зоне путем обеспечения регламентированных соотношений параметров прокатки с учетом диаметра валков, высоты заготовки до и после выхода из валков, сопротивления деформации металла осевой зоны и внешних слоев, коэффициента напряженного состояния (коэффициента Лоде), величины обжатия заготовки. Возможность получения бездефектной продукции достигается путем обеспечения перепада температур по сечению заготовки, причем в первом случае температура выше в наружных слоях, а во втором выше в осевой зоне. Для реализации способа прокатки крупных профилей используют заготовку, высота поперечного сечения которой регламентирована математическим выражением. 2 н. и 1 з.п. ф-лы._S. Соответственно, металл зоны 1 оказывает сопротивление течению металла зоны 2, создавая в ней сжимающие напряжения.

На выходе из очага деформации металл зоны 2 опережает также металл поверхностных слоев заготовки, соответствующих зонам прилипания, скорость течения которых равна окружной скорости валков, что приводит к возникновению растягивающих напряжений в поверхностных слоях заготовки.

Если выравнивание скоростей металла по сечению происходит внутри геометрического очага деформации, то растягивающие напряжения в поверхностных слоях заготовки компенсируют действием сжимающих напряжений от сил трения по валкам в зоне опережения, что имеет место при прокатке толстых полос, осевая зона которых находится под действием растягивающих напряжений. В этом случае металл осевой зоны отстает от течения наружных слоев и за счет этого выравнивание скоростей по сечению происходит внутри геометрического очага деформации.

При достижении толщины полосы, равной h₁, очаг деформации состоит только из металла зоны 1 и зон прилипания. В этом случае выравнивание скоростей по сечению заготовки происходит за пределами геометрического очага деформации и может привести к возникновению поверхностных прокатных рванин за счет большей скорости течения металла центральных слоев относительно наружных.

Из рассмотрения условий деформации металла зоны 1, происходящей под действием сдвигающих напряжений со стороны внешних зон 2 (фиг.), следует, что условие пластичности в зоне 1 можно представить в виде [5]:

_n=_r=₁=к, где

к=_So/2 – максимальное сдвигающие напряжение;

=1÷1,15 – коэффициент Лоде (коэффициент напряженного состояния);

а условие равновесия сил действующих на зону I записать в виде:

₁h₁=2L_dS

или с учетом

_S=_S ^*/2

₁=к=_So/2

где _So – сопротивление деформации металла осевой зоны (зоны 1);

_S ^* – сопротивление деформации металла внешних зон (зон 2);

h – величина обжатия полосы под одним валком, равная половине общего обжатия:

h=(h_н-h_к)/2;

L_d – длина очага деформации;

h_н, h_к – начальная и конечная толщина полосы.

При толщине полосы h_к>h₁ в осевой зоне очага деформации действуют растягивающие напряжения и соответственно сжимающие во внешних слоях заготовки, что исключает образование поверхностных прокатных рванин при:

или после элементарных преобразований условие прокатки без образования поверхностных рванин запишется в виде:

При этом растягивающие напряжения в осевой зоне заготовки в условиях пониженной пластичности могут привести к развитию имеющихся металлургических дефектов и к образованию внутренних трещин, что не опасно, если при дальнейшей прокатке, соответствующей третьему периоду, когда D/h>>D/h кр, произойдет их заваривание. Это имеет место, например, при дальнейшем прокате слябов на средний или тонкий лист, а также блюмов в сортовую мелкую и среднюю заготовку различного профиля.

Однако при необходимости получения сортового проката крупных профилей третий период прокатки отсутствует. В этом случае важнейшим условием получения качественного проката является отсутствие дефектов в его внутренних слоях. Это может быть обеспечено только при отсутствии растягивающих напряжений в осевых слоях заготовки и создании в них сжимающих напряжений на всем протяжении прокатки, что может быть обеспечено при h_к1 и соответственно:

или

Т.е. чем меньше сопротивление деформации внутренних слоев _So, соответственно выше их температура, и чем выше сопротивление деформации наружных слоев и соответственно ниже их температура, а также чем выше обжатие заготовки h, тем от больших значений h_к можно катать заготовку в условиях сжимающих осевых напряжений, что исключает образование трещин и способствует завариванию имеющихся металлургических дефектов металла внутренних слоев заготовки.

При наличии металлургических дефектов на поверхности заготовки возможно их раскрытие. Образующиеся при этом рванины носят явный характер и подлежат зачистке перед окончательной прокаткой заготовки на крупный профиль.

Начальная высота заготовки, в которой при прокатке исключены растягивающие напряжения в осевой зоне, определена из выражения (3) с учетом обжатия Н=2h:

h=10-15 мм), перепад температур осевой и внешних зон 80-100°С, что обеспечивает соотношение:

и .

При дальнейшей прокатке этих слябов на листы толщиной от 5 до 20 мм происходит интенсивное заваривание внутренних дефектов. Замечаний по качеству готового проката не было.

Для получения проката круглых углеродистых и легированных сталей диаметром 300 мм и более в соответствии с выражением (5) разработан прямоугольный слиток размерами 650×820 мм вверху и 510×740 мм внизу, высотой годной части 1910 мм массой 7,0 т.

Слиток рассчитан с учетом следующих параметров прокатки: диаметр валков D=1150 мм, обжатие 2h=80-100 мм, перепад температур по сечению (подстуживание поверхности) – 50°С, что соответствует отношению _S ^*/_So1,2.

После подстановки этих значений в (5) получаем:

;

1,2 – соотношение _S ^*/_So значений сопротивлений деформации металла наружных (подстуженных на 50°С) и внутренних слоев заготовки соответственно.

Одна и та же исходная заготовка, например указанный выше 7-тонный слиток, в зависимости от конечного назначения может быть прокатана при соотношении параметров деформации либо в соответствии с выражением (2), либо (4).

Например, для получения крупного сорта диаметром от 250 до 340 мм параметры прокатки должны соответствовать выражению (4) на всем протяжении прокатки в условиях действия продольных осевых сжимающих напряжений, что обеспечивается полным прогревом по сечению заготовки, подстуживанием поверхности (не слишком большим, чтобы не ухудшить условия захвата полосы) и максимальным обжатием по сечению заготовки валками по возможности большего диаметра.

В то же время, при прокатке передельной заготовки для средне или тонколистового проката или для мелких и средних профилей слиток прокатывают с соотношением параметров прокатки по выражению (2), что обеспечивает прокатку труднодеформируемых сталей и слябов без поверхностных рванин, а также углеродистых и легированных сталей без развития имеющихся на поверхности металлургических дефектов (газовых пузырей, плен, корочек и др.), а образующиеся при этом несплошности в осевой зоне заготовки успешно заваривают при дальнейшей прокатке.

Источники информации

1. А.с. СССР №194726.

2. А.с. СССР №929253.

3. А.с. СССР №1577891.

4. Дзугутов М.Я. Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов. М., Металлургия, 1977 – стр.176-177.

5. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М., Машиностроение, 1977, стр.180, выр. (6.10.б).

Формула изобретения

1. Способ прокатки с созданием заданного напряженного состояния по сечению заготовки, включающий деформацию заготовок в пределах температурного интервала, допустимого по условиям деформируемости для данного сплава или стали, отличающийся тем, что прокатку до заданного сечения производят с созданием продольных сжимающих напряжений во внешних слоях заготовки путем обеспечения следующего соотношения параметров прокатки:

или с созданием продольных сжимающих напряжений во внутренних слоях заготовки путем обеспечения следующего соотношения параметров прокатки:

где h – величина обжатия заготовки одним валком, равная половине общего обжатия: h=(h_н-h_к)/2;

h_н, h_к – высота заготовки до и после выхода из валков соответственно;

D – диаметр валков;

_So, _S ^* – сопротивление деформации металла осевой зоны и внешних слоев соответственно;

=1÷1,15- коэффициент Лоде напряженного состояния.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образующиеся при прокатке заготовок в условиях действия продольных сжимающих напряжений во внешних слоях осевые дефекты заваривают при дальнейшей прокатке на лист или среднесортовую или мелкосортовую заготовку, а образующиеся при прокатке в условиях действия продольных сжимающих напряжений во внутренних слоях поверхностные дефекты зачищают перед прокаткой на крупный профиль.

3. Заготовка, предназначенная для прокатки способом по п.1, с созданием заданного напряженного состояния по сечению в условиях действия продольных сжимающих напряжений во внутренних слоях, характеризующаяся тем, что высота ее сечения составляет

РИСУНКИ