СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛОСОВОГО ПРОКАТА Российский патент 1997 года по МПК B21B1/22 

Изобретение относится к области металлургической промышлености, в частности к листопрокатному производству.

Для повышения прочности, например, корпуса автомобиля из листопрокатной продукции с целью снижения массы и повышения эксплуатационных характеристик необходимо создание высокопрочной листовой стали.

В настоящее время высокопрочностные характеристики листового проката достигаются легированием стали при выплавке и термообработкой, что приводит к удорожанию проката, причем при малом приросте упругой устойчивости первого рода.

Известен способ горячей прокатки широких полос, при которой получают рифленую заготовку с чередованием выступов и впадин, а затем ведут прокатку в гладких валках (см. а.с. N 869 871, М.кл. В 21 В 1/22, 1981).

Результатом способа является дробление дендритной кристаллической структуры, производной от литой заготовки. Напряжения при такой горячей прокатке устраняются попутной рекристаллизацией металла.

Задачей является повышение эксплуатационных характеристик проката из конструкционных сталей.

Задача решается тем, что способ получения предварительно напряженного проката, включающий предварительную прокатку в валках с кольцевыми канавками (впадинами) на поверхности полосы, и устранение их в последнем проходе на готовую полосу гладкими валками, согласно изобретению, предварительную прокатку проводят в валках, только один из которых выполнен с кольцевыми канавками, а второй валок выполнен с гладкой поверхностью, при этом оба валка выполнены с насечкой их колотой дробью, при этом получают продольные выступы на одной из сторон двухсторонней шероховатой полосы. Выступы на гладкой поверхности полосы получают высотой 1-5% от размера толщины полосы, получаемой в этом же проходе, ширина выступов составляет 2-10 мм и такое же расстояние между выступами. После предварительной прокатки полосу подвергают рекристаллизационному отжигу, а затем прокатывают в холодном состоянии и в режиме дрессировки гладкими валками, с вкатыванием выступов и шероховатостей на поверхности полосы в упруго растянутую полосу (на 50-80% от предела упругости ее материала). Выступы могут быть как полукруглой, так и трапециевидной формы поперечного сечения. При закатывании выступов в упруго растянутую полосу полоса получает предварительные напряжения, направленные на прирост упругой устойчивости первого рода.

На фиг. 1, фиг. 2 показана полоса в поперечном сечении, на фиг.3 вид в плане.

Вкатывание выступов в упруго растянутую матрицу основу полосы, расположенную под выступами, позволяет устранить принудительное растяжение во всем объеме этого участка. Однако соседние участки той же самой матрицы полосы, параллельные с участками вкатанных выступов, которые не подвергаются ощутимому обжатию, а только дрессировке, так и остаются принудительно упруго растянутыми, даже тогда, когда снято принудительное натяжение со всей полосы.

Это обусловлено тем, что при растяжении всей полосы растягиваются и все ее участки: выступы и вся матрица полосы, в том числе и под выступами. При этом любой из растянутых участков, растягиваясь, теряет некоторую часть своего объема, равного объему в приросте длины растянутого участка, в сравнении с первоначальной длиной этого участка до его растяжения.

Вкатываясь в полосу, объем вкатанного выступа компенсирует объем, потерянный растяжением этого участка, в силу этого он остается прежней длины, равной с соседними растянутыми участками, которые не подвергались ощутимым обжатиям во время дрессировки поверхности полосы. В связи с этим участок, в который вкатался выступ, освобождается полностью от растяжения его натяжными станциями дрессировочной клети. И более того, участок с выступом, имея в своем сечении площадь, близкую к квадратной, при вкатывании его в полосу еще и уширяется поперек полосы и подпирает вдоль оси полосы соседние растянутые участки, принуждая их еще больше удлиняться. В силу этого при снятии натяжения со всей полосы эти участки так и остаются растянутыми, а участки вкатанных выступов получают сжимающие напряжения, приложенные вдоль направления их осей, а участки касания их с растянутыми участками получают касательные напряжения, также направленные на их сжатие.

В результате действия этих сжимающих сил на участке вкатанных выступов, будь они одни, они могли бы потерять устойчивость первого рода и выгнуться в любую сторону. Но соседние с ними растянутые участки не позволяют этому совершиться. Они пресекают изгибание соседних участков, едва бы оно появилось, в силу того, что между ними существует сильная межатомная связь, и сами растянутые участки, подобно натянутой струне, сопротивляются любому изгибу, если он приложен в пределах допустимых механических свойств материала полосы на этом участке.

Не менее важным фактором при получении предварительно напряженного проката является насечка рабочих прокатных валков колотой дробью. Как правило, шероховатость поверхности валков составляет 0,25-0,6 мкм, Ra. Это необходимо для того, чтобы улучшить раскатку металла в центральной части полосы как вдоль, так и поперек полосы, оставляя при этом раскатку поверхностного слоя полосы только вдоль направления прокатки. Этим самым улучшается перераспределение материала матрицы центральной части полосы по соседним участкам, которые меньше прокатываются валками, и они в силу этого растягиваются соседними участками на уровне их верхних слоев, которые значительно больше раскатываются. Это способствует полному заполнению всего объема выступов на поверхности полосы, которые при окончательной прокатке будут вкатаны валками дрессировочной клети в полосу, растянутую ее натяжными стациями.

Полученные таким образом полноценные выступы на поверхности полосы вносят полноценные напряжения в полосу при вкатывании их на весь объем, который имеет расчетную величину для данного материала полосы. Распределение различных напряжений в полосе показано на фиг. 2 и 3. Геометрические фигуры сечений этих напряжений указывают на жесткую связь между различными напряжениями, которые направлены на упругую устойчивость первого рода и позволяют получать предварительно напряженную полосу.

Кроме главного достоинства насечки прокатных валков колотой дробью, шероховатость полосы при окончательной прокатке вносит в поверхностный слой растянутой полосы точечные, плотные между собой микронапряжения растяжения поверхности полосы во всех возможных направлениях, которые ощутимо дополняют в уже предварительно напряженной полосе ее упругую устойчивость первого ряда. Кроме того, шероховатость полосы способствует концентрации вкатывания выступа в полосу, не давая его верхнему слою уширяться в поперечном направлении.

Что касается размеров выступов, то они определяются расчетным путем, в зависимости от предела упругости материала полосы. Например, в полосе нужно получить предельно возможную устойчивость первого рода. Для этого полосу растягивают на 80% предела ее упругости и определяют прирост ее длины по сравнению с первоначальной длиной. По ее размерам определяют объем этого участка. Выступы на полосе занимают половину ее площади. По этой причине из половины прироста объема нужно и определять размеры выступов. Длина выступа, естественно, равна длине базового участка. Ширина выступа составляет половину ширины всей полосы, поделенной на количество всех выступов, принятых на поверхности полосы, а высота есть величина, определяемая из всего объема, и определяется сама собой, из трех уже известных величин: длины, ширины и известного ранее объема.

Ширина должна быть всегда больше высоты, поэтому при выборе количества выступов на полосе руководствуются этим принципом. Корректировка размеров выступов и натяжения полосы при дрессиpовке проводится после обработки полосы, отрабатываются оптимальные технологические параметры, составляющие данный способ.

По этому способу можно получать любой из возможных профилей проката, например двутавровые балки, предназначенные для любых опорных элементов ответственных конструкций, при незначительном их весе. Балку при горячей прокатке получают с выступами на ее поверхности. Затем зажимают балку в специальных захватах по ее концам. При остывании балка сокращается по длине и получает растягивающие напряжения во всем ее объеме. Остается только вкатать выступы в балку любым возможным способом, и балка получается предварительно напряженной. Так может быть получен любой возможный прокат, если он нагрет, есть на нем выступы в участках, которые испытывают предельные напряжения, предварительно зажат для получения растягивающих напряжений, а выступы вкатаны в изделие в холодном состоянии. К этому стоит добавить, что полукруглая и трапециевидная форма выступов в их поперечном сечении позволяет вкатывать полностью весь объем материала выступов в основу матрицы получаемого изделия, не позволяя материалу верхних головок выступов раскатываться в поперечном направлении прокатки, которое имеет место при прокатке выступов с прямоугольным их поперечным сечением.

Используя приемы и технологические параметры способа, составляющие ширину и форму выступов и шаг между ними, определенные пределы натяжения полосы при получении и закатывании выступов в полосу, ступень рекристаллизации материала полосы при ее отжиге, режим смазки валков и полосы при получении и закатывании выступов в полосу и определение места и занимаемую ими площадь, на которой должны располагаться выступы по поверхности полосы, которые внесут в полосу необходимые предварительные напряжения в эти участки, можно заключить, что ожидаемый результат способа будет получен без особых сложностей его выполнения. Для этого только достаточно знать, какие свойства нужны заказчику листопрокатной продукции и в каких местах на поверхности полосы должны располагаться эти напряжения. Изготовление рабочих прокатных валков для получения на полосе выступов в необходимом месте не представляет никаких трудностей, так как канавки на поверхности валка могут быть получены вибронакаткой, в крайнем случае, твердосплавным резцом. Размеры канавок настолько малы, что они могут быть применимы в конкретном случае.

Пример конкретного выполнения предложенного способа.

Горячекатаный травленый металл в виде широких полос, удовлетворяющий по химическому составу требованиям действующих стандартов, толщиной 1,8-6 мм поступает на 5-клетьевой стан холодной прокатки 2030. Стан предназначен для бесконечной и порулонной прокатки горячекатаных травленых полос из углеродистой конструкционной стали, свернутых в рулон.

Настройка стана должна обеспечить получение полосы с требуемой толщиной и планшетностью в соответствии с ГОСТом и ТУ. Валки обрабатываются по 7-8 классу чистоты. Рабочие валки первой и пятой клетей насекаются стальной или чугунной колотой дробью фракции 0,8-2,0 мм.

Холодная прокатка полосы в последнем пятом проходе стана осуществляется в рабочих валках, поверхности которых выполнены с насечкой колотой дробью и в дополнение к насечке один из валков выполнен с опоясывающими насеченную поверхность валка кольцевыми канавками: полукруглой, трапециевидной или прямоугольной формы их поперечного сечения. Предпочтительна трапециевидная форма поперечного сечения канавок. Опоясывающие на поверхности валка канавки позволяют получать на полосе выступы этой же формы и размера, которые располагаются на одной из сторон полосы, вдоль направления осей прокатки. При этом ширина канавок составляет 2-10 мм, высота выступов на полосе 1-5% в зависимости от толщины полосы в этом проходе. Расстояние между канавками 2-10 мм. Это позволяет получать на поверхности полосы одновременно выступы и насечку.

Обычная профилировка рабочих валков устанавливается в зависимости от сортамента подката. Регулирование толщины полосы осуществляется по принципу постоянства секундных объемов по клетям. Ошибки по толщине в предчистовых проходах регулируются пятой клетью. Перевалки рабочих валков производят в зависимости от размеров снижения шероховатости до 3,0 мкм.

Поверхность прокатанной полосы должна быть чистой, без пятен поджога эмульсии, порезов и коробоватости. Прокатанные рулоны должны быть плотно смотаны, обвязаны упаковочной лентой по образующей рулона.

Из прокатного цеха рулоны поступают в цех непрерывного отжига.

Перед поступлением металла в линию отжига концы рулонов сваривают встык. Пройдя сварочную машину, полоса поступает в установку обезжиривания.

В линии отжига полоса подвергается рекристаллизационному нагреву, выдержке на рекристаллизацию, газоструйному охлаждению, перестариванию, ускоренному и воздушному охлаждению.

Отжиг полосы ведется в среде защитного азотно-водородного газа состава: 95% азота и 5% водорода. Температура полосы по секциям агрегата задается в зависимости от категории вытяжки металла.

Прокатка металла в выходной части агрегата непрерывного отжига ведется в дрессировочной прокатной клети кварто 2030.

Дрессировочная клеть предназначена для получения конечных свойств и качества поверхности полосы. Дрессировка сухая. Прокатная клеть оборудована натяжной станцией для создания переднего натяжения и натяжной станцией для создания заднего натяжения.

Регулирование обжатия осуществляется с помощью задания в систему автоматического регулирования вытяжки как при нормальной работе, так и при замедлении агрегата. Рекристаллизованная полоса в прокатной клети с помощью натяжных станций подвергается упругому растяжению на размер 50-80% от предела упругости материала полосы.

В процессе деформации гладкими валками упруго растянутой полосы с насечкой колотой дробью и выступами, вытянутыми вдоль направления прокатки, насечка и выступы не раскатываются, как при обычной прокатке, а вкатываются в полосу, компенсируя упругое растяжение полосы, т.е. практически осуществляется получение предварительно напряженного проката с повышенными эксплуатационными характеристиками, реализуемыми при работе предварительно напряженного конструкционного листового проката в автомобилях, ряде механизмов и изделиях из прокатной продукции.

Использование: в области металлургии, при получении листового проката. Сущность изобретения: при холодной прокатке полосы поверхность одного из рабочих валков чистовой клети выполняют в виде опоясывающих кольцевых канавок, а оставшуюся часть поверхности валка насекают колотой дробью, получают на поверхности прокатываемой полосы выступы определенной формы их поперечного сечения и размеров: ширины, высоты и шага между выступами. А поверхность второго рабочего валка насекается только колотой дробью. После рекристаллизационного отжига накартованной таким образом рифленой дробью полосы, полосу упруго растягивают натяжными станциями прокатной клети, на 50-80% от предела упругой способности материала этой полосы, а выступы на полосе вкатывают в предварительно растянутую полосу, компенсируя упругое растяжение в местах вкатанных выступов в полосу. 3 ил.

Способ получения полосового проката, включающий предварительную прокатку полосы в валках с кольцевыми канавками с образованием продольных ребер на полосе и окончательную прокатку в гладких валках с закатыванием в полосу указанных выступов, отличающийся тем, что предварительную и окончательную прокатку ведут вхолодную, при этом предварительную прокатку ведут в валках, насеченных колотой дробью, из которых только один имеет кольцевые канавки полукруглого или трапециевидного профиля, глубиной 1 5% от толщины полосы, получаемой в этих валках, шириной 2 10 мм и таким же расстоянием между выступами, после предварительной прокатки проводят рекристаллизационный отжиг полосы, а окончательную прокатку ведут в режиме дрессировки при упругом растяжении полосы на 50 80% предела упругости ее материала.