Способ получения круглого сортового проката Советский патент 1993 года по МПК B21B19/02 B21B1/02 

Изобретение касается обработки металлов давлением, в частности технологии получения круглого сортового проката, преимущественно из легированных металлов и сплавов.

Целью изобретения является повышение выхода годного при обработке легированных металлов и сплавов.

Способ иллюстрируется фиг.1 и 2.

Рабочие валки 1 для реверсивной прокатки заготовки до достижения логарифмического коэффициента вытяжки, составляющего 0,1-0,7 от суммарного, имеют: поочередно работающие обжимные участки At и AiR для прокатки заготовки в прямом и обратном направлениях; калибрующий участок Ki, размещенный между обжимными. Углы наклона обжимных участков AI и AI к оси прокатки составляют соответственно ai и aiR.

Последующая прокатка ведется в валках П по одному из двух вариантов:

- нереверсивно (фиг.1), в валках, имеющих обжимной участок Аз с углом наклона

образующей к оси прокатки «г, и калибрующий участок Ка;

- реверсивно (фиг.2), в валках, имеющих обжимные участки А2П, A2R и калибрующий К2. Углы наклона образующих обжимных участков к оси прокатки составляют соответственно as и CЈR.

Способ, предусматривающий многопроходную реверсивную прокатку, ориентирован на малопластичные и высокопрочные металлы и сплавы, деформации которых с коэффициентами вытяжки за проход более 2,0-2,5 практически невозможна. К таким материалам относятся литые быстрорежущие стали, жаропрочные сплавы на никелевой основе, многие сплавы титана и др. Кроме того, данный способ эффективен для обработки металлов, структура которых ослаблена легкоплавкими эвтектиками с присутствием окислов серы, фосфора, кремния.

Способ реализуется следующим образом.

Нагретая до( температуры горячей деформации заготовки (слиток) из легировав

СЛ

С

00

Ј

ю

СА) Оч

6

ного металла или сплава подается на реверсивную прокатку в валках 1. В первом проходе заготовка деформируется обжимным участком валков Ain и калибрующим участком KL После выхода раската из очага деформации валки сводятся на новый калибр меньшего диаметра, реверсируется направление их вращения. Раскат задается в валки для обжатия в реверсивном направлении, при этом работает обжимной участок AV и калибрующий Ki. Далее вновь производится пропуск в прямом направлении В описанной последовательности осуществляется прокатка заготовки не менее, чем за три пропуска до достижения логарифмического коэффициента вытяжки, составляющего 0,1-0,7 от суммарного, Реверсивную прокатку ведут в валках, у которых сумма углов наклона образующих обжимных участков к оси прокатки ш и aiR составляет

12-42°. А среднее значение «1ср - - («in +

+ oriR) соответственно равно 6-21°.

Далее в зависимости от уровня пластических свойств, сопротивления деформации и состоянии структуры металла деформация раската может осуществляться как за один проход (фиг.1), так и за несколько проходо в реверсивном режиме (фиг.2). Прокатка вы- . полняется в валках П, Причем, согласно предписания способа, прокатка ведется при среднем значении угла наклона образующей обжимных участков валков «2ср, измененном в .1,2-4,0 раза по сравнению с предшествующим значением смср и суммарном значении aicp + а2ср 12-42°. В случае нереверсивного режима прокатки Сйср ОД,

а в случае реверсивного ct2cp (%п +

+ G2R). Т.е. получение проката согласно способа директивно связано с соблюдением соотношения;

oiez)cp-(1.2-4.0) Q2(i)cp;

При ограничении на суммарное значение иэ ограничительной части формулы aicp + агср 12-42°.

После получения в валках П проката, требуемого диаметра способ завершен в полном объеме. Далее следуют заключительные операции охлаждения, отделки, упаковки.

8 данном способе организована двух- стадийная обработка с различными по ста- средними углами наклона образующих обжимных участков к оси прокатки. Переход от первой стадии ко второй выполняется по достижении логарифмиче

ского коэффициента вытяжки, составляющего 0.1-0,7 от суммарного. Эксплуатируемый положительный эффект в предлагаемом способе основан на уп5 равляемом взаимодействии и взаимодополненный условий пластического формоизменения металла на стадиях деформации с различными значениями (2)ср. На каждой из стадий наибольшей

-.10 пластической деформации и наиболее ин- : тенсивной проработке структуры металла подвергаются различные области поперечного сечения раската. Посредством управляющего воздействия на пластическое

15 течение,металла через соотношение (достигается такое расположение зон наибольшей деформации, при котором они стыкуются с гарантированным перекрытием

:: „.- ив совокупности охватывают все попереч20 ное сечение раската. Позонная проработка металла максимально благоприятна для повышения деформируемое™ легированных металлов и сплавов за счет включения в действие дислокационного-скольжения, мак25 еимально возможного объема металла. При- родный ресурс пластичности легированного металла в этом случае используется с, наибольшей полнотой.,,

Одновременно с сокращением .вероят30 ности образования разрывов, повышается результирующая равномерность и, интенсивность проработки структуры металла.

Глубина проникновения зоны интенсив-. ной пластической деформации пропорцио35 нальна величине частного обжатия (обжатия за 1/3 оборота заготовки) и возрастает с увеличением угла наклона образующей обжимного участка к оси прокатки.

При деформации с меньшими значени40 ими опср (или.«2ср) зона наиболее интенсивной турбулентно-сдвиговой деформации, располагается преимущественно в периферийных слоях раската. В них локализуется преимущественно проработка и уплотнение

45 структуры металла.

При деформации, выполняемой в.алка- ми с большим в 1,2-4,0 раза углом наклона образующей обжимного участка к оси прокатки, зона максимальной, турбулентно50 сдвиговой деформации, благодаря росту частных обжатий, смещается в центральную часть раската. На этой стадии идет активное устранение дефектов осевой зоны. В дислокационное скольжение интенсивно вовле55 каются новые кристаллографические системы, латентные при предшествующей прокатке. Деформация развивается за счет физического ресурса пластичности центральных слоев металла, не испытавшего на

предыдущей стадии интенсивной деформации.

В результате такой суперпозиции схем деформации достигается равномерная проработка структуры металла во всем объеме 5 раската, повышается деформируемость легированных металлов и, как следствие, снижаются технологические отходы.

Для формирования положительного эффекта и достижения цели изобретения 10 существенно важно следующее обстоятельство. Зона, подвергшаяся на первоначальной стадии деформации наибольшей проработке и наибольшему уплотнению, качественно усиливает интенсивность уплот- 15 нения соседних объемов металла на последующей стадии, как бы выполняя функции дополнительного рабочего инструмента (жесткой оправки или пластичной оболочки).20

Изменение в 1,2-4,0 раза среднего угла наклона образующей обжимного участка к оси прокатки следует осуществлять, когда наступит достаточно полная деформационная проработка структуры металла в зоне 25 преимущественной проработки и останется достаточная деформация на окончательную прокатку для обеспечения равномерности проработки.

В результате прямых экспериментов по 30 прокатке легированных металлов и сплавов установлено, что такая ситуация складывается по достижении логарифмического коэффициента вытяжки, составляющего 0,1-0,7 от суммарного.35

Этой соразмерностью способа обеспечивается высокая равномерность по зонной проработки структуры металла при максимальном использовании природного потенциала пластических свойств всего объема 40 деформируемого металла. Нарушение указанного соотношения ведет к потере эффекта равномерности проработки металла. В структуре получаемого проката имеется грубая остаточная неоднородность, которая 45 недопустимо повышает уровень брака по разнозернистости макро- и микрозерна легированного металла. Кроме того резко возрастает опасность образования разрушения металла в зонах, испытавших мак- 50 симальную деформацию на одной из стадий прокатки. Суммарное значение логарифмического коэффициента вытяжки должно составлять 0.7-2,0. Такие степени деформации гарантируют полную проработку ли- 55 той структуры большинства легированных металлов и сплавов.

Решающим образом на соразмерность между aicp и оаср влияет соотношение между упругими и вязкими характеристиками конкретного материала.

Для материалов с наиболее сильными упругими свойствами и слабыми вязкими характеристиками, т.е. обладающими значительной способностью передавать деформирующие усилия и сдвиговые движения от периферии к центру, необходимое рассредоточение зон интенсивной деформации достигается при минимальных различиях в углах конусности обжимных участков оиср и О2ср, составляющих 1,2-2,0. В эту группу материалов входят в частности жаропрочные сплавы на никелевой основе с интерметаллидным упрочнением типа ХН51ВМТЮКФР, ХН55ВМКЮ. ХН77ТЮР и т.п.

По мере снижения упругих свойств и роста вязких, т.е. по мере усиления способности материала к локализации сдвигового пластического течения в периферийной зоне, для рассредоточения областей максимальной деформации, необходимо адекватно увеличивать различие между оцср и СЈср. Для металлов типа быстрорежущих сталей Р6М5, Р6М5К6 и др., инструментальных сталей типа Х12, Х12М, титановых сплавов отношение углов наклона образующих обжимных участков по стадиям следует соблюдать в пределах 2,0-3,0. А для металлов с доминирующими вязко-пластическими свойствами, типа на хромов, коррозионностойких сталей,сплавов на основе меди, циркония требуются максимальные отношения углов вблизи верхней границы 3,3-4,0.

В зависимости от состояния структуры поверхности и характера распределения не- сплошностей исходных заготовок решается вопрос о конкретном (больше, меньше) распределении значений опср и «2ср между стадиями. Распределение cticp и огср по стадиям должно быть таким, чтобы основная масса дефектов подвергалась уплотняющему воздействию на первой стадии. Это дает возможность в наибольшей степени реализовать потенциальный ресурс пластичности конкретных слитков. Слитки и заготовки с преимущественно центральными дефектами и достаточно плотной периферийной зоной целесообразно начинать деформировать с больших углов aicp на первой стадии, переходя к меньшим значениям О2ср на второй. Слитки и заготовки с плотной осевой зоной, развитым транскри- сталлитным строением и ослабленной структурой вблизи периферии требуют начальной деформации при меньших значениях aicp с переходом к большим О2ср,

П р и м е р. На станах МИСиС способ применен для получения круглого проката диаметром 55 мм из слитков диаметром 150 мм следующих марок и способов выплавки: труднодеформируемый никелевый сплав ЖС6КП, слиток вакуумного переплава; быстрорежущая сталь Р6М5, слиток вакуумно-дугового переплава; коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т, не- прерывнолитая заготовка.

Слитки нагревали до температуры максимальной деформируемое™ сплава при винтовой прокатке. Конкретно по маркам она составила: ЖС6КП - 1150°С; Р6М5 - 1100°С; 12Х18Н10Т- 1180°С. Прокатку осуществляли в валках, развернутых на угол подачи 20° и угол раскатки 18°.

Слитки из сплава ЖС6КП прокатывали реверсивно с диаметра 150 мм на диаметр 135 мм за пять проходов, при этом был достигнут логарифмический коэффициент вытяжки, составляющий 0,1 от суммарного. Прокатку вели в валках с «1П ™ 7°; «1 4°; aicp 5,5°. Далее раскат прокатывали в валках с измененными углами наклона образующих обжимных участков валков к оси прокатки. Их значения составили % 9°; Q5R 5°; «2ср 7Р. При этом О2ср изменено по отношению к «1ср в 1,2 раза. Прокатку раската с диаметра 135 мм на окончательный прокат диаметром 55 мм вели реверсивно за 7 проходов. В аналогичной последовательности получали прокат из сталей Р6М5 и 12Х18Н10Т. Слитки из стали Р6М5 прокатывали сj 150 мм на ,0100 мм (доля достигнутого коэффициента вытяжки составляет 0;4 от суммарного) реверсивно за три прохода при углах «in 11°: «1 3°; aicp 7.

Последующую прокатку cj 100 на 55 выполняли также реверсивно за три прохода в валках с «2П 12°; «2R 20°; г.$ср . 16°, при соблюдении отношения «2ср/ глср 2,3. Прокатку слитков из стали 12Х18Н10Т выполняли с 0150 мм на 0 75 мм (доля достигнутого коэффициента вытяжки 0,7 от

суммарного) реверсивно за три прохода в

валках с углами: а 13°; «1R 4°; aicp

8.5°, а затем нереверсивно за один проход

с ф 75 мм мм в валках сагср «2

34°. Это соответствует рациональному для данной марки изменению а2ср в 4,0 раза.

Прокатка слитков на всех стадиях проходила устойчиво без образования поверхностных дефектов и кольцевых разрушений.

Полученный прокат подвергали всестороннему анализу по качеству поверхности, состоянию макро- и микроструктуры, механическим свойствам. Результаты показали, что на поверхности в объеме проката отсутствуют недопустимые дефекты и несплош- ности; структура . металла плотная, проработанная равномерно по сечению; уровень пластических .и вязких, характеристикметалла на 40-60% превышает нормативные требования, .

ф о р м у л а и з о б р е т ё н и я Способ получения круглого сортового проката, включающий реверсивную винтовую прокатку за три и более пропуска в

валках, имеющих два обжимных участка, о т- личающи;йся тем, что, с целью повышения выхода годнргб при обработке легированных металлов и сплавов, реверсивную, прокатку заготовки ведут до достижения логарифмического коэффициента вытяжки, составляющего 0,1-0,7 от суммарного, после чего прокатку заготовки продолжают при среднем значении угла наклона образующей обжимных участков валков к оси прокатки, изменен ном в 1,2-4,0 раза, при сумме углов наклона 12-42°. .

„., , Г 2

JU

TT Г,хл Р : crapv9

, )

- у прокатка). , . .

Использование: при винтовой прокатке сортового проката из легированных металлов и сплавов. Нагретую заготовку прокатывают реверсивно на стане винтовой прокатки за три или более пропуска в валках, имеющих два обжимных участка с различными углами наклона образующей к оси прокатки при сумме углов 12-42 . После достижения логарифмического коэффициента вытяжки, составляющего 0.1-0,7 от суммарного, прокатку заготовки продолжают при среднем значении угла наклона обжимных участков валков, измененном в 1,2-4,0 раза. 2 ил.