Способ реверсивной прокатки сплошных круглых профилей Советский патент 1993 года по МПК B21B1/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и касается технологии реверсирования прокатки сплошных круглых профилей, преимущественно из легированных металлов и сплавов.

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

На чертеже изображен один из очередных проходов заготовки с положительным , углом раскатки.

На схеме использованы следующие обозначения:

1 - обжимаемая заготовка; .

2 - контур очага деформации, в котором а - конус обжатия, к - калибрующая зона;

3 - рабочий валок с участками: А, В - обжимные, К - калибрующий;

р - угол конусности валка; а- угол конусности очага деформации;

д - угол раскатки;

х-х - ось прокатки с указанным направлением прокатки;

у-у - ось разворота валков на угол подачи;

Д1 - удаление очага деформации против направления прокатки от оси разворота валков на угол подачи.

Цель изобретения обеспечивается за счет повышения деформируемое™ и улуч- шения условий захвата заготовки в проходах с положительным углом раскатки, а также за счет повышения качества поверх00

XI

О О

00

ности при деформации на калибрующем участке во всех проходах.

Способ реализуется следующим образом. Заготовка из легированного металла нагревается до температуры горячей деформации, соответственно своему химическому составу и подается на прокатку. Деформацию нагретой заготовки осуществляют ре- версивно за несколько проходов, в валках, развернутых на угол подачи вокруг осей у-у, перпендикулярных оси прокатки х-х. Валки устанавливают под углом раскатки д. В проходах с отрицательным углом раскатки, т.е. выполняемых в направлении сближения осей валков, очаги деформации создаются обжимными участками В и калибрующими участками К валков. В проходах с положительным углом раскатки, т.е. проходах, выполняемых в направлении увеличения расстояния между осями валков, заготовка прокатывается в очагах, образованных другими обжимными участками А валков и теми же, что и в смежных проходах, калибрующими участками К. Очаги деформации во всех проходах имеют конус обжатия а и калибрующую зону К постоянного диаметра. Причем в проходах с положительным углом раскатки очаги деформации удалены на расстояние ЛI от оси разворота валков на угол подачи против направления прокатки в этих проходах.

Для организации многопроходной прокатки в реверсивном режиме и образования последовательного ряда очагов деформации уменьшающегося диаметра после завершения каждого прохода производится реверсирование направления вращения валков и свод их на очередной калибр меньшего диаметра.

Угол конусности обжимных участков очагов деформации а назначается таким . образом, чтобы совместно с установленными углами подачи /8 обеспечить уровень частных обжатий в пределах 12-20%, достаточный для сквозной проработки и уплотнения структуры металла по всему объему раската. Известно, что эта задача решается сочетанием а 7-12°;/3 15-30°.

Конфигурация рабочих валков, обеспечивающая достижение заданного профиля очагов деформации (угла ct) при назначенных углах подачи и раскатки зависит от положения очагов деформации относительно оси разворота у-у (в дан ном способе рассто- , яние Д1).

В проходах с отрицательным углом раскатки кинематика контактного взаимодействия валков (участки В и К) с заготовкой характеризуется уменьшением окружной

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

скорости вращения вдоль очагов деформации. Создаются напряжения осевого сжатия в очаге деформации, способствующие уплотнению и проработке структуры металла, повышению его пластичности.

В проходах с положительным углом раскатки очаги деформации смещены против хода прокатки от оси разворота у-у на расстояние А I. С увеличением Д все точки поверхности рабочих валков на участках А и К удаляются от оси прокатки и образуемый ими очаг деформации искажается, становится более свободным, значение а увеличивается. Для компенсации возникшего искажения и восстановления первоначально заданного профиля очагов деформации необходимо увеличивать диаметр валков в каждом сечении на величину искажения, пропорциональную расстоянию конкретного сечения от оси у-у, т.е. необходимо уменьшать угол р конусности обжимного участка валков А. С увеличением Д растет несовпадение контуров валков и образуемого ими очага деформации на обжимном участке А. При А НО контуры валков и очага практически накладываются друг на друга. Это несовпадение целенаправленно использовано в предлагаемом способе.

Угол конусности валков р должен быть принят меньше, чем сумма угла конусности очага деформации а и угла раскатки д.

Вместе с уменьшением крутизны обжимного участка А увеличивается диаметр валков на входе в очаги деформации и уменьшается перепад диаметров вдоль обжимного участка А. Выравнивается распределение модулей окружных скоростей вращения валков по длине очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки.

Создаются искомые условия повышения деформируемости металла, в которых ослаблены и контролируются растягивающие напряжения осевого напряжения, ограничено пластическое скольжение на поверхности контакта металла с валками; уменьшено скручивающее действие валков, активизирован захват раската валками и ускорено заполнение очага деформации.

Аналогичные изменения вносятся и в геометрию общего для всех проходов калибрующего участка К. Уменьшение конусности калибрующего участка валков К, снижая скольжение и скручивание на нем, обеспечивает повышение точности геометрических размеров прутков при отсутствии задиров, царапин и др. поверхностных дефектов. Этим обеспечивается прямое новышение выхода годного и достижение цели изобретения.

Существенно важным элементом предложенного способа является то, что уменьшение конусности валков происходит за счет увеличения меньшего торцевого диаметра валков. Рост диаметра валков в начальном сечении очага деформации повышает захватывающую способность валков, снижает время заполнения очага деформации.

Кроме того, с увеличением меньшего торцевого диаметра валков существенно расширяются границы сопредельного пространства, которое можно использовать для увеличения несущей способности прилегающей подшипниковой опоры. Поскольку в проходах с положительным углом раскатки эта опора воспринимает до 70-80% общего давления металла на валки, ее усиление из фактора конструкторского переходит в фактор технологический, позволяющий реализовать оптимальные по деформируемое™ режимы обжатий. Применение повышенных обжатий за проход существенно сокращает общее количество проходов и поднимает производительность.

В предлагаемом способе целевая установка - повышение производительности - является сложным откликом на целый комплекс процессов, сопровождающих реализацию способа и порожденных совместным уменьшением р и удалением АI против хода прокатки.

Росту производительности непосредственно способствуют уменьшение времени .захвата и заполнения очага деформации в проходах положительным д; увеличение коэффициента осевой скорости за счет уменьшения скольжения металла, увеличение обжатий за проход и снижение количества проходов, повышение стойкости рабочего инструмента.

По результатам опытных прокаток интегральное увеличение производительности составляет не менее 25-30% и может достигать 120-150%.

Полнота протекания описанных улучшающих процессов деформации и. соответственно, степень повышения выхода годного и производительности в решающей мере определяются снижением значения угла р конусности валков по отношению к сумме углов раскатки д и конусности очагов деформации а, т.е. отношением (р/(а+д).

Это отношение определяет степень компенсационного увеличения диаметра валков в каждом сечении участков А и К. В соответствие предложенным заготовку деформируют в условиях снижения угла рна участке А не менее, чем на 30% по сравнению с (а+ 5). Т.е. соблюдают условие

р 0,7(а+ 5).(1) 5 Как показывают непосредственные эксперименты, выполненные на стане МИСиС- 100Т, соблюдение соразмерности (1) уменьшает крутизну перепада диаметров до уровня, надежно удерживающего величину

0 растягивающих напряжений в безопасных пределах, гарантирующих бездефектную деформацию слитков и заготовок из легированных металлов и сплавов. Деформация заготовок характеризуется уверенным по5 давлением очагов пластического разрыхления и зарождения макроразрывов металла. В этих условиях растет деформируе- мость слитков и заготовок, снижаются технологические отходы. Структура

0 получаемого проката характеризуется устойчивым повышением плотности, дисперсности и однородности по мере реализации способа, т.е, с увеличением достигнутой степени обжатия.

5 Фрагменты экспериментальныхданных представлены в табл. 1.

Уменьшение угла р ограничивает раз витие процессов пластического скольжения

металла на контактной поверхности и скру0 чивание раската в очаге деформации.

В ходе практической отработки способа получены результаты, непосредственно свидетельствующие о создании весьма благоприятных условий деформации для пери5 ферийных объемов металла. Прокатка непрерывнолитых заготовок из быстрорежущей стали Р6М5 с искусственно нанесенными продольными рисками показала, что уменьшение угла р по соотношению (1) ог0 раничивает развитие процессов пластического скольжения (коэффициент осевой скорости, приближается к 1) и снижает скручивание раската в очаге деформации.

5 Это реализует обоснованные предпосылки для формирования качественной поверхности раската и получения высокой точности геометрических размеров. При прокатке в условиях контролируемого натя0 жения через смещение А и ограниченного скручивания происходит трансформация исходных поверхностных дефектов на минимальную глубину от поверхности. Процессы поражения поверхности новыми

5 дефектами отсутствуют. По ходу осуществления способа поверхность раската ста- . бильно облагораживается, достигая в конечном профиле состояния, не требующего дополнительного ремонта.

Одновременно снижается напряженность работы прокатных валков и возрастает их стойкость.; -.;

Искомое снижение угла конусности валков по соотношений (1) обеспечивается ди- станционированием очагов деформации от оси разворота валков на угол подачи против хода прокатки на величину А1.л Смещение очагов деформации против хода прокатки от оси разворота валков на угол подачи, достаточное для выполнения соотношения (1), главным образом зависит от величин ы угла подачи. Чем больше угол подачи, уем интенсивнее йскэжени.е очага деформации, больше компенсационное увеличение диаметров валков и тем меньше значение АI, при котором выполняется соотношение (1). Для углов подачи 15-30°, Ш которые ориентирован способ удаление должно составлять не менее 0,1-0,,2 диаметра валков в крайнем сечении очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки. / . : ; , :.;.,: .-;;.:;-- Соотношение (1) определяет минимальный уровень снижения угла #, необходимый для реализации положительного эффекта и достижения цели изобретения В рамках эксплуатируемых процессов управления условиями деформации металла в проходах с положительным углом раскатки максимальный уровень снижения у не Ограничен и может достигать 100% суммы (а + 5). В этом случае угол р абсолютно минимален и равен 0°. Однако практическая целесообразность такого снижения, как правило, не состоятельна, так как она связана с чрезмерно большими удалениями очагов деформации от оси разворота валков на угол подачи, не сбалансированным увёличег нием длины валкового узла, увеличением габаритов прокатной клети и т.д. Кроме того, по верхнему пределу АI ограничено изменением геометрии обжимного участка- валков В. Необходимо следить чтобы обжимной участок валков В. как ив прототипе, имел убывающий по ходу прокатки диаметр. Для абсолютного большинства практически . возникающих случаев новый способ обеспечивает высокую эффективность при максимальном снижении Т .- до 0.1-0,2. что

создается удалением At очагов деформации положительных углов раскатки на величину порядка 0,6-0,8 диаметра валков в выходном сечении очагов деформации.

В соответствии с предложенным заготовку обжимают валками с многоконусными обжимными участками, образующими многоконусные очаги деформации.

Этот вариант способа направлен на обработку наиболее труднодеформируемых сталей и сплавов, например никелевых порошковых суперсплавов, на пределе допуекающих пластическую обработку (серии ЖС, ЭК31 и др.). Он целесообразен также для составов сильно загрязненных примесными элементами, снижающими пластич- нбсть. Концепция и порядок реализации

0 способа в варианте по п. 3 остаются прежними в. полном объеме за исключением определения углов р и а . Для соблюдения соотношения (1) и достижения цели изобретения они должны быть взяты по средним

5 значениям, которые определяются по наклонным образующим, соединяющим начало контакта заготовки и валков с концом обжимного участка А.,

;v Учитывая смягчающее влияние снижёнйя отношения. условие деформа: ции металла в проходах с положительным углом, можно указать направление рацио- . нального выбора значений отношения в за5 висимости от комплекса технологических

свойств конкретных легированных метал- лов и сплавов и состояния исходных заготовок (слитков). Общая закономерность, такова. Относительно пластичные в горячей

0 прокатке материалы, как, например, быст-v рорежущие стали типа Р6М5, жаростойкие стали типа 45Х14Н14В2М и т.п., допускающие деформацию при достаточно сильных растягивающих напряжениях цёлесообраз5 но прокатывать при (0,5-0,7) (а + б), т.е. при режимах минимально необходимо ограничения растягивающих напряжений. По мере усложнения композиционного состава сплавов снижение деформируемое™ заго0 товок и падения способйости противостоять растягивающим напряжением требуются более строгие ограничения по уровню осевого натяжения, которые создаются адек.ц ватным уменьшением- -т-. При прокатке

жаропрочных никелевых сплавов типа ХН77Т10Р, безвольфрамовых быстрорежущих сталей типа ЭК41, ЭК42 И др. целесообразно придерживаться pXO 3 0,5)(u + . A

50 наиболее сложные в горячей прокатке жаропрочные сплавы с интерметаллидным упрочнением, такие как ХН51ВМТЮКФР, . никелевые сплавы серии ЖСб и др. следует , деформировать при наибольшем ограниче55 нии напряжений растяжения при р(0,1- 0,ЗХ« + 5). Необходимые удаления очагов деформации от оси разворота валков на угол подачи, обеспечивающие указанные интервалы снижения, зависят от угла подачи. Для углов подачи 15-30° положительный эффект

способа реализуется при удалениях Л1 (0,1-0,8) ;D0,

Определение смещения Д1, обеспечивающего применение валков с углом конусности р, удовлетворяющим существенному отличительному признаку по соотношению (1), при заранее заданныхуглах подачи, раскатки и конусности очагов деформации, целесообразно вести расчетным способом пб известной методике. Но не исключены и другие подходы.

Обозначенные по р интервалы могут быть рационально связаны с исходным уровнем сплошности литого металла и способами выплавки. Отношение следует уменьшать по интервалам в ряду: 1) слитки после улучшающих переплавов ЭШП, ВДП и др.; 2) слитки открытой дуговой выплавки; 3) непрерывнолитые слитки и заготовки.

Пример Т. Предложенный способ реализован на стане реверсивной винтовой прокатки 150ТР. Прокатке подвергали заготовки (слитки) диаметром 120мм из быстрорежущей стали Р6М5, аустенитного ниже левого сплава ХН77ТЮР, жаропрочного сплава ХН51ВМТЮКФР. Под деформацию заготовки нагревались в камерной электропечи до температуры 1100°С; 1160°С,- 1140°С соответственно указанным маркам. Прокатку вели в валках диаметром 300 мм по калибрующему участку. Длина калибрующего участка 60 мм. Валки устанавливались под углом раскатки 12° (по абсолютной величине) и разворачивались на угол подачи 20°. По обе стороны от калибрующего участ- ка на валках выполнялись конические об- .жимные участки. Прокатка велась до профиля диам. 60 мм.

Реверсивная прокатка заготовок из стали Р6М5 выполнялась за 3 прохода, из спла- ва ХН77ТЮР за 5, и ХН51ВМТЮКФР за 9. При этом знак угла раскатки чередовался по проходам.

Валки устанавливались относительно оси разворота на угол подачи таким обра- зом. что образуемые ими очаги деформации в проходах с положительным углом раскатки смещались от этой оси против хода прокатки.

Параметры удаления, углы конусности обжимных участков валков, углы конусности образуемых ими очагов деформации в про- ходах с положительным углом раскатки представлены в табл. 2. Эти параметры реализуют рациональные режимы предложен- ного способа конкретного для каждого из перечисленных материалов.

Полученный прокат подвергался всестороннему анализу качества в объеме требований ГОСТ 19265-75 (сталь Р6М5) и ТУ- 14-1-223-72 (сплавы ХН77ТЮР, ХР51ВМТКЖФР). Исследование структуры, свойств и качества поверхности показало полное соответствие состояние металла нормативным параметрам.

Параллельная реализация способа-про Тотипа на идентичных исходных слитках показала наличие в готовом прокате недопустимой осевой рыхлости и пористости, которые образовались в результате дей-1 ствия напряжений осевого растяжения в проходах с положительным углом раскатки. Кроме того, на поверхности раската имелись трещины и задиры металла, происходящие от повышенного контактного скольжения и высокого скручивающего действия валков.. .

По сравнению с прототипом новый способ позволяет при одинаковом суммарном обжатии сократить общее число проходов на 2-3, за счет усиления меньшей опоры и повышения обжатия в проходах с положительным углом раскатки..;

При м е р 2. Предложенный способ реализован для реверсивной прокатки сплошных прутков диаметров 60 мм из пол- унепрерывнолитых слитков диаметром 125 мм. Материал - быстрорежущая сталь Р6М5 с повышенным содержанием примесных Элементов (S, Р, SL.), существенно снижающих деформируемость слитков. Реверсивная прокатка велась в многоконусных валках, образующих очаги деформации с многоконусными обжимными участками.

Геометрические параметры валков и соответствующих им очагов деформации представлены в табл. 3.

Угол подачи валков 20°, угол раскатки +-12°. Диаметр валков по калибрующему участку 300 мм. Длина калибрующего участка 60 мм; Прокатка велась реверсивно за 5 проходов, при чередовании знака угла раскатки, начиная с положительного. В первом, третьем и пятом проходах заготовка прокапывалась при положительном угле раскатки +12° в очагах деформации, смещенных против хода прокатки от оси разворота валков на угол подачи. Величина смещения составляла 40 мм.

В данном варианте выполнения способа соотношение (1) соблюдается для средних значений углов конусности обжимных участков валков рср и образуемых ими очагов деформации «ср. Средние значения определяются по наклонным образующим, соединяющим начальную точку контакта заготовки с валками с концом обжимного участка. Аналитически они могут быть определены по формулам

Ocp arctg(Ad/2Ld);

pcp arctg( Д0в/21 в),

где Ad - обжатие заготовки на обжимном участке;

ДОв - перепад диаметра валков на обжимном участке;

- длина обжимного участка очага де- формации вдоль оси прокатки;

LB - длина обжимного участка валков (вдоль оси валка).

Перед прокаткой заготовки нагревались до 1060°С±20°, что несколько ниже, чем в примере 1, и что обеспечивает относи- тельную термическую стабильность легкоплавких включений, содержащих примесные элементы.

Прокатка проходила устойчиво при активном захвате раската, в том числе и в проходах с положительным углом раскатки. Образование разрывов на поверхности и объеме раската не отмечено.

Полученный прокат диаметром 60 мм контролировался в объеме требований ГОСТ 19265-75. Контроль макроструктуры, карбидной неоднородности и механических свойств выявил полное их соответствие установленным нормативам.

.Ф ормула изобретения

1. Способ реверсивной прокатки сплошных круглых профилей, включающий обжатие нагретой заготовки за несколько проходов валками, развернутыми на угол подачи вокруг осей, перпендикулярных оси прокатки, установленными под углом раскатки, и имеющими два конических обжимных участка и расположенный между ними калибрующий участок, которые образуют конические очаги деформации с зонами калибровки при проходном изменении знака угла раскатки, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годного и увеличения производительности при обработке легированных металлов и сплавов, в проходах с положительным углом раскатки заготовку обжимают при смещении очагов деформации против направления прокатки от оси разворота валков на угол подачи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжатие в проходах с положительным углом раскатки осуществляют с углом конусности обжимного участка, который минимум на 30% меньше суммы угла конусности очагов деформации и угла раскатки.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что заготовку обжимают валками с многоконусными обжимными участками, образующими многоконусныё очаги деформации, при оговоренном соотношении между углами конусности валков, очагов деформации и раскатки по их средним значениям.

Таблица

Использование: в обработке металлов давлением и технологии получения сплошных круглых профилей, преимущественно из легированных металлов и сплавов. Сущность изобретения: способ предусматривает обжатие нагретой заготовки за несколько проходов валками, развернутыми на углы подачи, имеющими два конических обжимных участка и расположенный между ними калибрующий участок, которые образуют конические очаги деформации с зонами калибровки. Причем в проходах с положительным углом раскатки очаги деформации удалены против направления прокатки от оси разворота на угол подачи. Валки имеют угол конусности не менее чем на 30% меньше суммы угла конусности очагов деформации и угла раскатки. Предусмотрено применение многоконусных валков. Изобретение повышает выход годного и увеличивает производительность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл. fe

Влияние отношения

на состояние поверхности и макроструктуры прутков из быстрорежущей стали Р6М5 (Режим реверсивной прокатки; исходный диаметр 125 мм; конечный диаметр 60 мм; количество проходов 5; угол подачи 20°; угол раскатки д +;12°; угол

конусности очагов деформации а 9°)

Таблица 2

Параметры обжимных участков и образуемых ими очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки (угол раскатки 6W-120, обозначения в соответствии с фиг. 2)

Таблица 3

Параметры многоконусных участков валков и образуемых ими очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки

()

Параметр

Обжимной участок валков:

количество конусов

углы конусности по конусам

(индексация по ходу прокатки),

град

pi

средний угол конусности обжимного участка валков, град

fcp

Обжимной участок очага деформации:

количество конусов

углы конусности конусов очагов

деформации, град

а

аз.

средний угол конусности обжимного участка очагов деформации, град

Оср

Отношение „ гсР

Оср +д

Удаление очагов деформации от

оси разворота валков на угол

подачи, мм

Значение

15,0

14,1

10

6

8,1 0,7

40

VЈ.U.)