Способ совмещенной непрерывной винтовой и продольной прокатки

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Задача изобретения - обеспечение стабильности процесса вневалковой деформации скручиванием в промежутке между смежными клетями винтовой и продольной прокатки. Новым в способе является то, что допустимые величины деформации сдвига скручиванием и натяжения определяют по аналитическим зависимостям на основе экспериментальных испытаний пластических свойств сталей и сплавов на кручение. При этом величины указанных параметров устанавливают изменением угла подачи валков клети винтовой прокатки, определяемого также аналитически. Изобретение обеспечивает исключение разрушения раската и потерю его геометрических размеров.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для производства сортовых профилей.

В настоящее время разработаны и освоены новые технологические процессы производства сортовых профилей, где вместо традиционной черновой обжимной группы клетей профильной прокатки широко применяются клети с высокими степенями обжатия. Одной из наиболее перспективных для этой цели является стационарная (невращающаяся) клеть винтовой прокатки (допускающая вытяжку в одной клети, равную 15), совмещенная в непрерывной технологическом процессе с чистовой группой клетей продольной прокатки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ получения сортовых профилей, в котором заготовку подвергают непрерывной винтовой и продольной прокатке со скручиванием раската на участке между валками, установленными на угол подачи и ручьевыми валками [а.с. СССР 1608941, МПК В 21 В 19/02, 1/02, 23/00 от 16.06.89].

Недостатком известного способа является нестабильность процесса из-за отсутствия ограничительных признаков по величинам сдвиговых деформаций и натяжения, испытываемых раскатом при движении в промежутке между винтовой и продольной клетями. Это обусловлено тем, что стали и сплавы при высоких температурах обнаруживают пластические свойства, различающиеся друг от друга в несколько раз. Рассматриваемое скручивание раската в указанном промежутке между смежными валками винтовой и продольной прокатки при определенных углах подачи валков клети винтовой прокатки может привести к превышению деформации сдвига скручиванием над допустимым по пластическим свойствам металла, что незамедлительно приведет к разрушению раската. Поэтому ограничения сдвиговых деформаций при скручивании раската в пределах допустимого диапазона, определяемого пластическими свойствами конкретного материала и обеспечивающего высокое качество получаемого проката, является одним из основных условий предлагаемого способа совмещенной непрерывной винтовой и продольной прокатки.

Другим фактором, определяющим стабильный процесс непрерывного деформирования в указанном способе, является тщательное соблюдение условий натяжения раската между смежными клетями винтовой и продольной прокатки. Этот процесс вообще неосуществим без какого-либо минимального натяжения. В случае, если отсутствует натяжение, то мгновенный провис раската при одновременном его осевом перемещении и скручивании приведет к свертыванию раската в узел, т. е. к дестабилизации процесса прокатки. В то же время наличие сильного натяжения способствует вытяжке раската и к потере геометрических размеров получаемого профиля.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение стабильности процесса прокатки. Достигаемый при этом технический эффект исключения разрушения раската от сдвиговых деформаций скручиванием и создания натяжения, величина которого регламентирована в определенном диапазоне, обеспечивающим качеством проката.

Указанная задача с получением требуемого технического эффекта достигается тем, что в способе совмещенной непрерывной винтовой и продольной прокатки, включающем прокатку заготовки в одной или нескольких клетях винтовой прокатки с последующей продольной прокаткой со скручиванием раската в промежутке между смежными валками клетей винтовой и продольной прокатки, допустимая величина угла сдвига скручиванием определяется по соотношению: [γ] = (0,33÷0,5)γ_пр где [γ] - допустимая величина угла сдвига скручиванием, радиан; γ_пр- предельный угол сдвига скручиванием, определяемый при испытаниях образца методом кручения до его разрушения, радиан; 0,33 и 0,5 - коэффициенты пропорциональности, а натяжение раската определяют исходя из равенства: D_в•n_в•sinγ₁ = (0,95÷0,99)D_п•n_п где D_в и n_в - соответственно диаметр и число оборотов валков клети винтовой прокатки; D_п и n_п - соответственно диаметр и число оборотов валков клети продольной прокатки; γ₁ - угол подачи валков клети винтовой прокатки;
0,95 и 0,99 - коэффициенты пропорциональности,
при этом угол подачи валков клети винтовой прокатки определяют по зависимости:

Основой осуществления предлагаемого способа являются высокие пластические свойства металла, особенно проявляющиеся при высоких температурах деформации. Эти свойства могут быть экспериментально определены при скручивании образцов в горячем состоянии на испытательных машинах.

Критериями для определения пластических свойств различных материалов служит число оборотов до разрушения образца при заданной температуре испытания на кручение и определяемая аналитическим способом предельная деформация угла сдвига γ_пр.

где ϕ - угол поворота образца в радианах,
d и l - диаметр и длина рабочей части образца,
n_р - число оборотов до разрушения образца при кручении.

Эти характеристики достаточно точно определяют пластические свойства материала и широко применяются для определения оптимального температурного интервала обработки металлов давлением, в частности при прокатке. В предложенном способе характер напряженно-деформированного состояния раската в промежутке между клетями винтовой и продольной прокатки полностью совпадает с аналогичным характером состояния, испытываемым образцом при его кручении. Отсюда следует, что пластические свойства, определенные при кручении образцов при высоких температурах, могут быть использованы с высокой степенью точности для установления режимов деформации в заявленном способе прокатки.

Практически используемый ресурс пластичности материала или деформации скручиванием в заявленном изобретении для различных сталей и сплавов находится в пределах [γ] = 1÷3. Предельная степень деформации при кручении для большого класса углеродистых, легированных, нержавеющих и жаропрочных сплавов при высоких температурах превышает указанную выше величину деформации сдвига γ в 2-3 раза.

Отсюда следует, что большинство сталей и сплавов обладают ресурсом пластичности при высоких температурах, достаточным для их деформирования без разрушения в предложенном изобретении. В то же время следует отметить, что раскат в промежутке между клетями винтовой и продольной прокатки испытывает большие температурные и деформационные напряжения. На этом участке раскат одновременно подвергается естественному охлаждению и нагреву от тепла деформации при его скручивании, а также натяжению. Возможность учета влияния этих двух конкурирующих между собой температурных процессов создают условия для регулирования режимов деформации, способствующих вести процесс прокатки в оптимальных условиях.

Минимальный коэффициент пропорциональности, равный 0,33, и максимальный - 0,5 в равенстве (1) характеризуют интервал изменения пластических свойств прокатываемых материалов в направлении соответственно от высокопластичных к малопластичным сталям и сплавам.

Аналогично в равенстве (2) интервал коэффициента пропорциональности (0,99 ÷ 0,95) устанавливает диапазон регулирования величины натяжения в зависимости от природы материала. При этом большая величина устанавливает ту минимальную величину натяжения, которая обеспечивает стабильный процесс деформирования применительно к более пластичным сталям, а меньшая величина - к менее пластичным.

Параметр, равный 0,6 в формуле (3), характеризует соотношение осевой и тангенциальной скорости металла в выходном сечении очага деформации клети винтовой прокатки, ограниченный по предельной степени деформации прокатываемого металла.

Предложенный способ разработан и опробован в АХК "ВНИЯМЕТМАШ" на опытно-промышленной установке, состоящей из последовательно расположенных индукционной печи, клети винтовой прокатки, двух клетей продольной прокатки и ножниц. Способ осуществляется следующим образом. Предварительно выполняют расчеты параметров прокатки и настройки рабочих валков по приведенным зависимостям, обеспечивающим возможность процесса деформирования. Нагретая заготовка подается к клети винтовой прокатки, захватывается рабочими валками и обжимается до необходимого размера. Затем передний конец раската захватывается валками клети продольной прокатки. С момента захвата заготовки валками клети продольной прокатки на стане осуществляется процесс непрерывной прокатки.

Таким образом, использование предложенного способа совмещенной непрерывной винтовой и продольной прокатки позволяет вести стабильный процесс деформирования металла с учетом его пластических свойств в промежутке смежных клетей винтовой и продольной прокатки.

Формула изобретения

Способ совмещенной непрерывной винтовой и продольной прокатки, включающий прокатку заготовки в одной или нескольких клетях винтовой прокатки с последующей продольной прокаткой со скручиванием раската в промежутке между смежными валками клетей винтовой и продольной прокатки, отличающийся тем, что допустимые величины угла сдвига скручиванием определяют по соотношению
[γ] = (0,33÷0,5)γ_пр (1),
где [γ] - допустимая величина угла сдвига скручиванием, рад. ;
γ_пр - предельный угол сдвига скручиванием, определяемый при испытаниях образца методом кручения до его разрушения, рад.
0,33 и 0,5 - коэффициенты пропорциональности,
а натяжение раската определяют из равенства
D_в•n_в•sinγ₁= (0,95÷0,99)D_п•n_п, (2)
где D_в и n_в - соответственно диаметр и число оборотов валков клети винтовой прокатки;
D_п и n_п - соответственно диаметр и число оборотов валков клети продольной прокатки;
γ₁ - угол подачи валков клети винтовой прокатки;
0,95 и 0,99 - коэффициенты пропорциональности,
при этом угол подачи валков клети винтовой прокатки определяют по зависимости