СПОСОБ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ СТАЛЬНЫХ ПОЛОС Российский патент 2012 года по МПК B21B1/28 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при холодной прокатке стальных полос, сваренных встык, на непрерывных и дрессировочных станах.

Известен способ прокатки полос, включающий нагрев металла в зоне деформации пропусканием электрического тока между валками и металлом, с изменением величины электрического тока в функции от величины давления металла на валки [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что при холодной прокатке стальных полос будет иметь место выгорание технологической смазки, разогрев валков, изменение их тепловой выпуклости. Кроме того, при прокатке полос, сваренных встык, не исключены порывы сварных швов.

Известен также способ снижения прочности металлов при пластической деформации, при котором через заготовку пропускают импульсный ток плотностью 0,6÷1,0·10³ А/мм² длительностью преимущественно 10^-4 с частотой подачи 20-35 имп/с [2].

Недостаток известного способа состоит в том, что при холодной прокатке стальных полос, сваренных встык, не исключены порывы сварных швов из-за недостаточной их пластичности. Помимо этого, при прокатке происходит разрушение технологической смазки, что в конечном счете ведет к увеличению разнотолщинности полос.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ прокатки стальных полос, сваренных встык, включающий их обжатие парой валков и индикацию сварного шва при входе к очаг деформации, согласно которому окружную скорость одного из валков при прохождении шва увеличивают на 2-7,2% от установившейся, а другого соответственно уменьшают на такую же величину [3].

Недостатки известного способа состоят в следующем. Приводные валки прокатного стана, механически связанные с электродвигателями, обладают большой инерционностью. По этой причине участки полосы перед сварным швом прокатываются с повышающейся величиной рассогласования окружных скоростей валков, а после сварного шва - с понижающейся, что приводит к увеличению разнотолщинности полос. Кроме того, известный способ не применим для прокатки в клетях, валки которых имеют привод через шестеренную клеть от одного электродвигателя.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении разнотолщинности полос при одновременном исключении обрывов сварных швов. Побочный эффект от использования предложенного способа состоит в расширении возможностей применения, т.к. он реализуем как в клетях с индивидуальным приводом валков, так и в клетях, приводимых через шестеренную клеть.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе холодной прокатки стальных полос, сваренных встык, включающем их обжатие парой валков, индикацию сварного шва при входе к очаг деформации, согласно предложению, в процессе обжатия сварного шва через него пропускают импульсный электрический ток. Для случая прокатки стальных полос продолжительность импульсов составляет 0,1÷0,5·10^-4 с при скважности 1,0÷100·10³, а плотность тока в импульсе равна 0,3÷0,5 кА/ мм².

Сущность предложенного способа состоит в следующем. Изначально сварной шов, соединяющий полосы встык, обладает пониженными пластическими свойствами. Пропускание импульсного электрического тока с указанными параметрами в процессе прокатки приводит к ударным воздействиям потока электронов на структурные неоднородности сварного шва и образующиеся при его обжатии дислокации. В то же время возникающее электромагнитное поле вызывает упругие деформации кристаллической решетки металла. Благодаря этому происходит отрыв образующихся дислокаций, снижается их взаимное торможение и стимулируется более свободное движение. В результате достигается выравнивание технологической пластичности и деформируемости сварного шва и стальной полосы, исключаются рывки натяжений и обрывы по шву. В паузах между импульсами происходит дессипация джоулевого нагрева металла.

Процесс включения импульсного электрического тока при входе сварного шва в очаг деформации и его выключения при выходе из него протекает безинерционно, благодаря чему исключается нестационарность, имеющая место в известном способе [3], и связанное с этим увеличение разнотолщинности прилегающих к сварному шву участков полосы.

Экспериментально установлено, что сокращение продолжительности импульсов менее 0,1·10^-4 с или увеличение скважности более 100·10³ не обеспечивает выравнивания технологической пластичности сварного шва и полосы, что ведет к порывам швов. Увеличение продолжительности импульсов более 0,5·10^-4 с, как и снижение скважности менее 1·10³ приводит к увеличению нагрева зоны сварного шва и валков, что увеличивает разнотолщинность полос и расход электроэнергии.

Снижение плотности тока в импульсе менее 0,3 кА/мм² не позволяет повысить подвижность дислокаций в прокатываемом сварном шве, что приводит к порывам сварных швов. Увеличение плотности тока более 0,5 кА/мм² снижает прочность сварного шва, что ведет к порывам, а также увеличивает разнотолщинность прокатываемых полос и затраты электроэнергии.

Примеры реализации способа

На разматывателе одноклетевого дрессировочного стана кварто 1400 устанавливают рулон, состоящий из двух сваренных встык отожженных полос толщиной 0,8 мм из стали марки 01ЮТ. Для индикации сварного шва на одной из боковых кромок полосы по месту шва при сварке пробивают полукруглое отверстие. Верхний и нижний рабочие валки дрессировочного стана электрически изолированы друг от друга.

Передний конец рулона задают в клеть и закрепляют на моталке. С помощью электродвигателей разматывателя и моталки создают в полосе заднее и переднее натяжения, включают подачу смазочно-охлаждающей жидкости и осуществляют дрессировку полосы с обжатием 1,8% на рабочей скорости 5 м/с.

При входе сварного шва в валки датчик фиксирует пробитое полукруглое отверстие и через систему управления включает генератор, который подает импульсное напряжение к верхнему и нижнему рабочим валкам. В результате через очаг деформации, в котором находится сварной шов, протекает импульсный электрический ток с плотностью J=0,4 кА/мм², с продолжительностью импульсов τ=0,30·10^-4 с и скважностью S=50·10³.

Под воздействием импульсного тока в кристаллической решетке металла происходит освобождение образующихся при пластической деформации дислокаций, технологическая пластичность сварного шва возрастает, коэффициенты вытяжек у полосы и сварного шва выравниваются, благодаря чему исключается порыв сварного шва.

После временной задержки, прямо пропорциональной скорости прокатки, в течение которой сварной шов проходит через очаг деформации, подачу импульсного тока отключают, и процесс дрессировки идет в обычном режиме. При этом полоса сохраняет равномерную толщину по длине и ширине. Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.

Таблица Режимы прокатки и показатели их эффективности № п/п τ, ×10^-4, с S×10³ J, кА Разнотолщинность полос ΔН, мм Порывы швов 1. 0,09 0,8 0,2 ±0,09 Присутств. 2. 0,10 1,0 0,3 ±0,04 Отсутств. 3. 0,30 50 0,4 ±0,03 -:- 4. 0,50 100 0,5 ±0,04 -:- 5. 0,60 110 0,6 ±0,09 -:- 6. [3] -- -- - ±0,09 -:-

Из данных, приведенных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается снижение разнотолщинности ΔН холоднокатаных полос при одновременном исключении порывов сварных швов. При запредельных значениях заявленных параметров не исключаются порывы сварных швов (вариант №1) и увеличивается разнотолщинность ΔН полос. Разнотолщинность полос ΔН возрастает также при реализации известного способа [3] (вариант №6).

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что применение электростимулирования импульсным током при прохождении через очаг деформации упрочненного сварного шва позволяет повысить его технологическую пластичность до уровня стальной полосы, благодаря чему достигается снижение разнотолщинности полос при одновременном исключении обрывов сварных швов. Предложенный способ реализуем на станах холодной прокатки как с индивидуальным приводом валков, так и со связанным приводом через шестеренную клеть. Использование придложенного способа повысит рентабельность производства холоднокатаной листовой стали на 2-3%.

Литературные источники

1. Авт. свид. СССР №271475, МПК B21B 1/22, B21B 37/08, 1973 г.;

2. Авт. свид. СССР №393939, МПК C22F 3/00, B21D 21/00, 1977 г.;

3. Авт. свид. СССР №952391, МПК B21B 1/22, B21B 37/00, 1982 г.

Изобретение может быть использовано при холодной прокатке стальных полос, сваренных встык, на непрерывных и дрессировочных станах. Способ включает обжатие полосы парой валков с индикацией сварного шва при входе в очаг деформации. В процессе обжатия сварного шва через него пропускают импульсный электрический ток. Продолжительность импульсов составляет 0,1÷0,5·10^-4 с при скважности 0,1÷100·10³, а плотность тока в импульсе равна 0,3÷0,5 кА/мм². Технический результат состоит в снижении разнотолщинности полос при одновременном исключении обрывов в зоне сварных швов. 1 табл.

Способ холодной прокатки стальных полос, сваренных встык, включающий их обжатие парой валков, индикацию сварного шва при входе в очаг деформации, отличающийся тем, что в процессе обжатия сварного шва через него пропускают импульсный электрический ток, причем продолжительность импульсов составляет 0,1÷0,5·10^-4 с при скважности 1,0÷100·10³, а плотность тока в импульсе равна 0,3÷0,5 кА/мм².