Способ винтовой прокатки круглых профилей



Способ винтовой прокатки круглых профилей
Способ винтовой прокатки круглых профилей
Способ винтовой прокатки круглых профилей

 


Владельцы патента RU 2484907:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") (RU)

Изобретение предназначено для повышения служебных характеристик изделий, изготовленных из круглого профиля из стали обычного качества и легированной, труднодеформируемых стали и сплавов, цветных металлов при использовании преимущественно в качестве исходной непрерывнолитой заготовки. Способ включает редуцирующее обжатие заготовки чашевидными валками, установленными с эксцентриситетом относительно оси прокатки и с наклоном к ней на угол раскатки. Формирование при винтовой прокатке упорядоченной осевой полосчатой макроструктуры в продольном направлении круглого профиля с благоприятной ориентацией волокон для изделий, испытывающих осевые растягивающие напряжения и крутящие моменты, обеспечивается за счет того, что деформацию заготовки осуществляют с суммарным обжатием не менее 50,6% и вытяжкой не менее 4,1 за проход в валках с диаметром, равным не менее 2,8 диаметра заготовки, установленных с величиной эксцентриситета, эквивалентной углу подачи не менее 25°, и образующих очаг деформации с конусностью 15±2°. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, конкретно к технологии сортовой винтовой прокатки круглого профиля из стали обычного качества и легированной, труднодеформируемых сталей и сплавов, цветных металлов при использовании преимущественно в качестве исходной непрерывнолитой заготовки.

Повышение служебных свойств металлопродукции обычно достигают путем легирования металла или термической обработки. При винтовой прокатке в сортовом профиле формируется ориентированная структура, за счет которой возрастают его прочностные и пластические свойства. Деформационный способ создания упорядоченной структуры в товарном прокате, соосной с действующими рабочими нагрузками в изготовленном из него изделии, представляет новое, третье, направление производства сортовых профилей с повышенными механическими и пластическими свойствами. Уровень повышения служебных свойств сортового профиля после винтовой прокатки сопоставим с эффектом от упрочняющего легирования или термической обработки.

Формирование механических свойств сортового проката определяется рядом факторов, основным из которых, наряду с природными прочностными и пластическими характеристиками металла, является способ его изготовления. Сортовые профили за редким исключением изготавливают продольной прокаткой. Опыт использования винтовой прокатки для производства сортового металла выявил существенное улучшение его механических свойств, по которым он превосходил аналогичную продукцию, полученную продольной прокаткой [1]. Это обусловлено различными условиями формирования структуры металла. Схема приложения деформирующих усилий у этих процессов такова, что они создают в заготовке сдвиговые макропотоки металла, которые не совпадают по направлению и происходят во взаимно ортогональных плоскостях [2].

При винтовой прокатке деформация металла осуществляется локально на узком участке боковой поверхности цилиндрической заготовки, с приложением деформирующих усилий вдоль ее оси. Зарождение и развитие сдвиговых макропотоков материала происходит в поперечном сечении заготовки, со сдвигом их в продольном направлении. При этом в поперечном сечении заготовки формируется спиральная структура. В продольном сечении деформированной заготовки формируется строчечная (полосчатая) волокнистая структура, ориентированная параллельно оси раската.

При продольной прокатке деформация осуществляется на контактной поверхности большей площади, чем при винтовой прокатке, по всей ширине квадратной или прямоугольной заготовки, с приложением деформирующих усилий поперек ее оси. Развитие и основное перемещение макропотоков металла происходит в продольном направлении заготовки с частичным их сдвигом в поперечном направлении. При этом в продольном направлении раската в результате сдвиговых деформаций формируется структура с рисунком наподобие шеврона. В поперечном направлении формируется полосчатая структура, подобная структуре продольного сечения заготовки после винтовой прокатки [2].

Способ прокатки наряду с формированием соответствующей структуры предопределяет состояние и распределение примесей и вторых фаз, в свою очередь, влияющих на конечные свойства продукции. Различия в формировании геометрической направленности структур при этих способах прокатки создают в готовом сорте анизотропию механических свойств разного типа. При винтовой прокатке в сорте создается анизотропия, характерная для транстропных тел. Продольная прокатка в одной клети придает сорту симметрию свойств, по которым его можно отнести к ортотропным телам. Последующие кантовки раската или наличие вертикальных клетей приближает анизотропию сорта продольной прокатки к транстропному типу. Однако различия в характере структуры металла, формирующейся при рассматриваемых способах прокатки, сохраняется, что находит отражение в служебных свойствах изделий из этого сорта. Различия в прочностных и пластических свойствах в этом случае невелико, тогда как по величине ударной вязкости и, соответственно, по сопротивлению к разрушению сорт винтовой прокатки существенно превосходит сорт продольной прокатки. Это обусловлено более благоприятным расположением волокон у сорта винтовой прокатки по отношению к действующей нагрузке, чем у сорта продольной прокатки [2].

Выбор оптимального способа прокатки позволит сформировать структуру профиля в соответствии с его функциональным предназначением, обеспечив необходимую полноту использования физико-механических свойств материала. В этом отношении применение винтовой прокатки перспективно для производства сортового металла, изделия из которого при эксплуатации будут испытывать осевые знакопеременные нагрузки, например крепежные изделия, арматура, торсионные валы и др. Винтовая прокатка является единственным способом деформации, позволяющим управлять формированием спиральной структуры в сортовом металле. Так, путем изменения режимов обжатия можно получать неоднородную структуру по сечению проката, подобную естественным композитам.

Наиболее близким аналогом является способ винтовой прокатки круглых профилей, включающий обжатие заготовки валками, установленными с эксентриситетом относительно оси прокатки и повернутыми на угол раскатки, при этом у валков перепад диаметра по длине не превышает двукратной величины эксцентриситета [3 - прототип]. Однако изобретение направлено на повышение качества наружной поверхности проката и выхода годного при обработке легированных металлов и сплавов. Недостатком известного способа является отсутствие технологических решений и приемов, направленных на использование особенностей винтовой прокатки, по воздействию на структуру металла для улучшения служебных свойств готового профиля.

Предлагаемый способ устраняет указанные недостатки. Задача, на решение которой направлено изобретение, - установить оптимальные технологические параметры деформирования заготовки при винтовой прокатке, обеспечивающие наиболее высокие механические свойства сортовому металлу за счет придания готовому профилю соответствующей наследственной структуры. Технический результат изобретения заключается в реализации поставленной задачи.

Технический результат достигается тем, что в способе винтовой прокатки круглых профилей, включающем редуцирующее обжатие заготовки чашевидными валками, установленными с эксцентриситетом относительно оси прокатки и с наклоном к ней на угол раскатки, согласно изобретению обжатие заготовки осуществляют в валках диаметром, равным не менее 2,8 диаметрам заготовки, установленных с величиной эксцентриситета, эквивалентной углу подачи не менее 25°, и образующих очаг деформации с конусностью 15±2°, в котором деформирующее воздействие на металл производят с суммарным обжатием не менее 50,6% и вытяжкой не менее 4,1 за проход.

Технический результат достигается также тем, что последующую винтовую прокатку сорта продолжают в валках, которые вращаются в сторону, обратную вращению валков при первом проходе с величиной суммарного обжатия не менее 15% и вытяжкой не менее 2,08 при сохранении идентичными остальных режимов деформации, а также тем, что для усиления эффекта по воздействию на поверхностный слой сортового металла, проводят дополнительно винтовую прокатку в последующих проходах по режимам, принятым для второго прохода. В качестве заготовки используют непрерывнолитую заготовку.

В предлагаемом способе винтовой прокатки деформация круглой заготовки производится чашевидными валками, установленными с эксцентриситетом относительно оси прокатки и с наклоном к ней на угол раскатки, обжатие заготовки осуществляется в валках с , где D - максимальный диаметр валка, d - исходный диаметр заготовки. Обжатие заготовки выполняется тремя валками переменного радиуса, размещенными вокруг оси прокатки на угол 120° друг от друга. Валки создают очаг деформации с конусностью 15±2°, угол раскатки может находиться в пределах 30-60°. Прокатка заготовки осуществляется с величиной эксцентриситета, эквивалентной углу подачи β≥25°, при суммарном обжатии за проход εΣ≥50,6% или вытяжке λ≥4,1.

Экспериментально установлено, что заявленные технологические параметры обеспечивают повышение служебных свойств круглых профилей созданием винтовой прокаткой ориентированной структуры в сортовом металле.

Проведение винтовой прокатки при втором проходе способствует повышению ударной вязкости круглого профиля путем формирования более проработанной (тонкой) структуры в его поверхностных слоях за счет реализации сдвиговых процессов в металле, траектория которых нормальна траектории ранее осуществленных сдвигов при редуцировании заготовки в первом проходе..

Изобретение иллюстрируется чертежами, где

на фиг.1 - зависимость временного сопротивления σв и предела текучести σТ (а), относительного удлинения δ и относительного сужения ψ (б), ударной вязкости KCU (в) от величины вытяжки λ. На фиг.1 горизонтальной линией показан требуемый уровень свойств для стали ЭП678 по ТУ 14-1-3568-83;

на фиг.2 - зависимость временного сопротивления σв и предела текучести σТ (а), относительного удлинения δ и относительного сужения ψ (б) от величины вытяжки λ. На фиг.2 горизонтальной линией показан требуемый уровень свойств для стали 12Х18Н10Т по ГОСТ5949;

на фиг.3 - механические свойства круглого профиля изготовленного разовой одноэтапной деформацией с суммарным обжатием εΣ=66,0% и дробной двухэтапной деформацией с суммарным обжатием σΣ=51,0%+15,0%=66,0%: временное сопротивление σв и предел текучести σТ (а); относительное удлинение δ и относительное сужение ψ (б); ударная вязкость KCU (в). 1 - одноэтапная деформация; 2 - двухэтапная деформация. На фиг.3 горизонтальной линией показан уровень свойств для стали 40Х по ГОСТ4543.

Примеры выполнения изобретения.

Пример 1. Предложенный способ был реализован на трехвалковом стане винтовой прокатки ВК100 с консольным креплением валков диаметром 370 мм для получения опытной партии круглых профилей диаметрами 107, 82, 77, 70, 66, 63, 60, 56, 54 мм из стали ЭП678 (03Х11Н10М2Т). В качестве исходных заготовок использовали непрерывнолитую заготовку диаметром 122 мм. Прокатку профилей осуществили при следующих режимах деформирования: температура нагрева заготовок 1240±20°С, эксцентриситет валков соответствовал углу подачи β=25°, суммарное обжатие εΣ=12,3-55,3%, вытяжка λ=1,3-5,0, i=3,0, угол раскатки 45°, конусность очага деформации 15,5°.

Для оценки влияния режимов деформирования на проработку металла непрерывнолитой заготовки были определены механические свойств катаных профилей. Результаты исследования влияния величины вытяжки на изменения механических свойств металла профилей приведены на фиг.1.

Пример 2. На стане ВК100 с диаметром валков 370 мм для получения опытной партии круглых профилей диаметрами 107, 82, 77, 70, 66, 63, 60, 56, 54 мм из стали 12Х18Н10Т были прокатаны непрерывнолитые заготовки диаметром 122 мм. Прокатку профилей осуществили при следующих режимах деформирования: температура нагрева заготовок 1220±20°С, эксцентриситет валков соответствовал углу подачи β=25°, суммарное обжатие εΣ=12,3-55,3%, вытяжка λ=1,3-5,0, i=3,0, угол раскатки 45°, конусность очага деформации 15,5°.

Для оценки влияния режимов деформирования на проработку металла непрерывнолитой заготовки были определены механические свойств катаных профилей. Результаты исследования влияния величины вытяжки на изменения механических свойств металла профилей приведены на фиг.2.

Пример 3. На стане ВК100 с диаметром валков 370 мм для получения опытных партий круглых профилей диаметром 34 мм были прокатаны заготовки из стали 40Х. Для изготовления круглого профиля была использована непрерывнолитая заготовка диаметром 100 мм. Температура нагрева заготовок в печи 1190±20°С, эксцентриситет валков соответствовал углу подачи β=29°, i=4,1, суммарное обжатие εΣ=66,0%, вытяжка λ=8,65, угол раскатки 45°, конусность очага деформации 15,5°. Прокатка заготовок была осуществлена по двум режимам. Одна партия заготовок была прокатана сразу за один проход на круг диаметром 34 мм с суммарным обжатием εΣ=66,0%. Другая партия заготовок на круг 34 мм была прокатана за два прохода. Сначала заготовки были прокатаны на круг диаметром 49 мм с суммарной величиной обжатия за проход εΣ=51,0%, вытяжкой λ=4,16, затем раскат диаметром 49 мм был прокатан на круг диаметром 34 мм с суммарной величиной обжатия за проход εΣ=15,0%, вытяжкой λ=2,08.

Для оценки влияния режимов деформирования на проработку металла непрерывнолитой заготовки были определены механические свойств катаных профилей. Результаты исследования влияния величины суммарного обжатия при прокатке за один проход и за два прохода с разным (противоположным) направлением вращения валков на изменения механических свойств металла профилей приведены на фиг.3.

Таким образом, технический результат достигнут при выполнении формулы изобретения: в примерах 1, 2 и 3 по уровню механических свойств профиль, изготовленный винтовой прокаткой при εΣ≥50,6% и с вытяжкой λ≥4,1, уже соответствует требованиям ТУ 14-1-3568-83 для проката из стали ЭП678 ИД, ГОСТ5949 для проката из стали 12Х18Н10Т и ГОСТ4543 для проката из стали 40Х; в примере 3 осуществление второго прохода при винтовой прокатке сортовых профилей в валках, которые вращаются в сторону, обратную вращению валков при первом проходе, способствует повышению механических свойств сортового металла. При прокатке по заявленному двухпроходному режиму деформации достигнут более высокий, чем при однопроходном режиме, уровень механических свойств сортового проката с преимущественным ростом ударной вязкости - важной эксплуатационной характеристики материала, ответственной за конструкционную прочность изделия. Качество макроструктуры изготовленных профилей было удовлетворительным. Поверхность профилей была бездефектной, плен и трещин не обнаружено.

В то время как для обеспечения гарантированного уровня механических свойств металла по ГОСТ или ТУ при продольной прокатке непрерывнолитая заготовка должна быть деформирована не менее чем с 10-кратной вытяжкой. Эти же механические свойства металла при ковке и прессовании могут быть достигнуты при 6- и 8-кратной вытяжке соответственно [4].

Источники информации

1. Потапов И.Н., Полухин П.И. Технология винтовой прокатки. М.: Металлургия, 1990. С.336-342.

2. Никулин А.Н. О роли способа прокатки в формировании служебных свойств металлопродукции // Производство проката. 2002. №8. С.2-5.

3. Патент №2009736. МПК В21В 19/00, В21В 1/02. Дата публикации: 30.03.1994 - прототип.

4. Тюрин В.А. Дополнительные макросдвиги при пластической деформации слитков, непрерывнолитых и прокатанных заготовок // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т.4. (Сб. тр. международной конференции). Москва, июнь 6-10, 1994. М.: Металлургия, 1994. С.33-35.

1. Способ винтовой прокатки круглых профилей, включающий редуцирующее обжатие заготовки чашевидными валками, установленными с эксцентриситетом относительно оси прокатки и с наклоном к ней на угол раскатки, отличающийся тем, что деформацию заготовки осуществляют с суммарным обжатием не менее 50,6% и вытяжкой не менее 4,1 за проход в валках с диаметром, равным не менее 2,8 диаметра заготовки, установленных с величиной эксцентриситета, эквивалентной углу подачи не менее 25°, и образующих очаг деформации с конусностью 15±2°.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят последующую винтовую прокатку в валках, которые вращают в сторону, обратную вращению валков при первом проходе, с величиной суммарного обжатия не менее 15% и вытяжкой не менее 2,08 при сохранении остальных режимов деформации.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что проводят винтовую прокатку в последующих проходах при сохранении принятых режимов.

4. Способ по любому из пп.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве заготовки используют непрерывнолитую заготовку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области трубопрокатного производства и наиболее эффективно может быть использовано при производстве высокоточных труб на станах поперечно-винтовой прокатки с четырехвалковыми клетями и касается также перевалки четырехвалковых клетей.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается способа получения горячекатаных бесшовных труб винтовой прокаткой. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способу производства заготовок на прошивном стане. .

Изобретение относится к области трубопрокатного производства, а точнее к способам получения тонкостенных труб в агрегатах с трехвалковым раскатным станом поперечно-винтовой прокатки Ассела.

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб на трубопрокатных агрегатах, имеющих в своем составе устройство для прошивки заготовки в полую гильзу и раскатной стан с калибром, образованным оправкой и расположенными вокруг нее валками, например пильгерстан, автоматстан, реечный, непрерывный и также стан Асселя.
Изобретение относится к трубопрокатному производству, к конструкциям трубопрокатных станов, а именно к станам шаговой прокатки, и может быть использовано на установках с пилигримовыми станами.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способу производства труб. .

Изобретение относится к способу и устройству для прокатки заготовки в прокатной установке с планетарным косовалковым и продольным прокатными станами. .

Изобретение относится к прокатному производству и касается усовершенствования конструкции двухвалковых клетей станов винтовой прокатки со станиной закрытого типа для получения труб и круглого проката.

Изобретение относится к прокатному производству, а точнее к способу перевалки двухвалковых рабочих клетей станов винтовой прокатки со станиной закрытого типа для получения труб и круглого проката.

Изобретение предназначено для уменьшения себестоимости и повышения качества труб, производимых винтовой прокаткой. Валок содержит вал и закрепленную на нем бочку с коническими участками. Возможность многократной замены изнашиваемых участков валка обеспечивается за счет того, что бочка выполнена в виде двух составных элементов, имеющих форму усеченных конусов, сопряженных друг с другом торцевыми поверхностями и соединенных винтами или шпильками, при этом составной элемент, соответствующий участку выхода готового проката, закреплен на валу неподвижно по горячей посадке, составной элемент, соответствующий участку захвата заготовки, - с возможностью перемещения вдоль вала, на торцевой поверхности одного из составных элементов выполнен осесимметричный некруглый выступ или отверстие, оппозитно которому на торцевой поверхности другого составного элемента, примыкающей к первому коническому элементу, выполнено сопряженное с ним и соединенное шпоночным, шлицевым или профильным соединением, соответственно, отверстие или выступ, при этом глубина отверстия превышает высоту соответствующего выступа. На валу со стороны составного элемента, соответствующего участку входа готового проката, выполнена проточка, в которую вставлены два полукольца, фиксируемые от выпадения из проточки надетой на них перемещаемой втулкой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к прокатному оборудованию, непосредственно к станам винтовой прокатки круглого сорта и труб. Способ включает снятие крышки с основания станины, ее разворот в пространстве на 180°, замену кассет с валками, монтаж или демонтаж верхнего и нижнего линейкодержателей с последующей установкой крышки на основание станины. Cнижение трудоемкости операции и повышение производительности прокатного агрегата в целом обеспечивается за счет того, что разворот крышки станины в пространстве на 180° осуществляют вокруг вертикальной оси, проходящей через центр тяжести крышки посредством стойки, несущей вал с двумя подшипниковыми опорами и электромеханическим приводом, при этом на валу закреплена консольная вилкообразная балка. 10 ил.

Изобретение относится к области прокатки круглых профилей на станах поперечно-винтовой прокатки с чашевидными валками. Клеть прокатного стана содержит корпус и установленные в нем валки. Повышение точности позиционирования пространственного положения рабочего валка обеспечивается за счет того, что регулировка положения валка 2 относительно оси прокатки осуществляется за счет поворота приспособления 9 на определенный угол при помощи червячного винта 12. Изменение диаметра изделия 1 осуществляется за счет вращения гайки 8 с наружным червячным колесом при помощи червячного винта 11. Продольная шпонка 13 или шлицевые вырезы позволяют эксцентриковой втулке 6 перемещаться вдоль оси вращения валка 2 относительно поворотного приспособления 9, не изменяя положения оси валка 2 относительно оси прокатки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области прокатного оборудования. Валок содержит рабочую часть, соединенную с ведущим валом, и механизм крепления. Автоматическая центровка всех деталей, жесткость обеспечиваются за счет того, что механизм крепления состоит из кольцевого пружинящего клина с разрезом, прижима, торцевых шпонок и винта, при этом кольцевой пружинящий клин и прижим размещены во внутренней конусообразной полости валка с совмещением их осей симметрии с осью симметрии грибовидного валка, в рабочей части грибовидного валка по его оси симметрии выполнено сквозное отверстие диаметром, меньшим диаметра головки винта, вдоль прижима по его оси симметрии выполнено сквозное отверстие для прохождения резьбовой части винта, ведущий вал со стороны грибовидного валка выполнен с конусообразным выступом, а вдоль ведущего вала по оси симметрии со стороны рабочей части грибовидного валка выполнено резьбовое отверстие под резьбовую часть винта длиной, не меньшей резьбовой части винта, при этом прижим и кольцевой клин расположены в полости валка без возможности проворачивания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх