Способ прокатки листового материала Советский патент 1981 года по МПК B21B3/00 B23K20/04 

иэо&оетение относится к производству листового проката и может быть использовано в линиях поокатных станов и агрегатов отделки.

Известен также способ прокатки листового материала, рключаюй1ий об-жатие заготовки в валках разного диаметра, приводящее к поперечному изгибу материала после . При этом поперечный изгиб материала наступает не во всех случаях прокатки и обусловлен влиянием упругих деформа-ци 1 валковой системы 1 .

Это способ прокатки не учитывает преимущественно одностороннего развития пластической деформации обжатия при прокатке рабочих валков с большой разницей в дигьметрах, которое и обуславливает как продольный, так и поперечный изгиб материала при определенном сочетании параметров процесса.

Таким образом, этот способ прокатки не позволяет производить эффективного воздействия на остаточную кривизну материала, который в исходном состоянии перед прокаткой имеет значительную исходную продольную и поперечную кривизну, за счет

обеспечения преимущественно одностороннего развития пластической деформации обжатия путем задания вполне определенных параметров процесса в зависимости от кривизны листового материала. В это же время вопрос управления процессом появления и изменения кривизны листа является аиболее острым и нерешенным при про0изводстве биметаллического материала с различными свойствами слоев, и особенно при производстве термобиметаллов , так как повышение скорости при холодной прокатке термо5 биметаллов приводит к большему разогреву материала в очаге деформации, а, следователь НС , и к большей его кривизне после остывания. Отсутствие способов воздействия на остаточную кривизну термобиметалла после прокатки вызывает снижение его качества по плоскостности и требует снижения скорости прокатки и, следовательно, уменьшения произво5дительности процесса.

Цель изобретения - повышение качества прокатки биметаллического материала, имеющего исходную продольную и поперечную.кривизну, образу0 ющуюся при его охлаждении.

Поставленная цель достигается тем, что в способе прокатки листового материала, включающем охлаждение заготовки перед обжатием, обжатие заготовки в валках разного диаметра, приводящее к преимущественно одностороннему развитию деформации со стороны меньшего валка и изгибу заготовки, пластической деформации обжатия подвергают, главньм образом, слой заготовки, выполненный из материала с меньшим коэффициентом линейного расширения, а слой заготовки с большим коэффициентом линейного расширения подвергают преимущественно упругому сжатию, для чего к меньшему валку, диаметр которого згшают не более 340 толщин заготовки, а большего - 8,3-32 диаметра меньшего, заготовку обращают слоем с меньшим коэффициентом линейного расширения, при этом общую степень деформации заготовки в целом задают в функции от ее кривизны и не более 5% за .один проход.

При этом, для получения заданного изменения поперечной кривизны степень общей деформации заготовки в целом задают в функции от ее кривизны по закону

- толщина листового материала,

мм :

- константы аппроксимации диаграммы истинных напряжений при испытании на разрыв прокатываемого материала, которые характеризуют его механические свойства

h

5 где (jg и ef

-соответственно предел текучести и предел прочности матери-, ала заготовки, кг/мм;

Ь

-относительные удли- . нения, соответствующие пределу текучести и пределу прочноети материала заготовки;

-безразмерная величина, отражающая влияние коэффициента пластического трения при прокатке

. 1й

А

пI и

CKJ

1,(,)СК

де g - степень общей деформации

заготовки в целом, которая требуется для получения заданного изменения поперечной кривизны;

лк.

величина заданного изменения поперечной кривизны по отношению к исходной поперечной кривизне заготовки перед прокаткой, 1/мм

л - L.rJL- .

.

радиус исходной поперечной

де

кривизны, ММ;

и - радиус поперечной кривизны в результате изменения исходной кривизны после прокатки, ММ;

Ert - модуль упругости слоя биметаллической заготовки, который п.одвергают наибольшей пластической деформации обжатия и обращают к валку малого диаметра, кг/мм

о - модуль упругости слоя биме.таллической заготовки, в котором пластическая проработка при прокатке минимальная, обращенного к валку большого диаметра, кг/мм ;

V Ki-Jarcsin а/Ц-к

т( .

,

Дц - коэффициент пластического трения при прокатке, который может быть задан в пределах0,05 АК 0,5

Кроме того, для получения заданного изменения продольной кривизны биметаллического материала, степень общей деформации заготовки задают в функции от ее кривизны по закону

в ГйУд.

- 1б(Еа1-« Е„)СК

степень общей деформации

де gзаготовки в целом, которая требуется для получения заданного изменения продольной кривизны;

л.1г величина заданного изменения продольной крив1гзны по отношению к исходной продольной кривизне заготовки перед прокаткой, 1/ММ;

1 1

MMj

где Р„2 радиус исходной продольной

кривизны, мм; р - радиус продольной кривизны после прокатки, мм.

Остальные параметры аналогичны предыдущему уравнению.

Воздействие на. листовой биметаллический материал, при котором пластической деформации обжатия подвергают, главным образом, слой заготовки, выполненный из материала с меньшим коэффициентом линейного расширения, а слой заготовки с большим коэффициентом линейного расширения подвергают преимущественно упругому сжатию, для чего к меньшему валку, диметр которого задают не менее, чем в 8,3 раза меньшим диаметра большего валка и равным не более 300 толщин заготовки, заготовку обращают слоем с меньшим коэффициентом линейного расширения, при этом степень общей деформации заготовки в целом задают в функции от ее кривизны и не более 5% за один проход.

Механизм такого воздействия заключается в следующем.

При прокатке листового материала в валках с большой разницей в диаметрах , когда эта разница достаточно велика, происходит односторонее развитие пластической деформации со стороны валка малого диаметра, которое обеспечивается отношением диаметров валков и отношением диаметра меньшего валка в толщине заготовки. В результате такого развития деформации материала, в целом, со стороны большого валка, в частности развивается только незначительная часть деформации листа, которая вызывает лишь его упругое сжатие, либо пластическую проработку сечения лишь в поверхностных слоях на весьма незначительную глубину. Таким образом, картина внутренних напряжений действующих в листе, обуславливается характером развития деформации со стороны малого валка. Эта картина, в большинстве.случаев, характерна значительной неравномерностью распределения напряжений по толщине листа, которые на некотором его слое меняют свой знак. При этом с увеличением относительного обжатия, начиная с некоторого его значения, и уменьшением коэффициента пластического трения неравномерность распределения внутренних напряжений уменьшается, при этом слои листа, получившие больа1ую пластическую проработку, подвержены действию сжимаю1Дих напряжений. Чем больше число проходов (обжатий) при определенной величине относительного обжа-Гия при каждом проходе, тем большей величины достигают сжимающие напряжения на более проработанных слоях и растягивающие напряжения не менее .

проработанных слояхпо толщине заготовки.

Процесс.разгрузки материала, который происходит после обжатия заготовки между рабочими валками с большей разницей в диаметрах, условно можно представить протекающим последовательно в два этапа.

В первом этапе, когда элемент заготовки перемещается между валками в зоне упругой разгрузки к выходу из .

0 очага обжатия, в нем появляются остаточные напряжения, действующие в поперечном и продольном направлениях. Эти напряжения оказываются неуравновешенными в смысле момента

5 вунтренних сил, образуемого ими. Неуравновешенный момент обуславливается наличием потенциальной энергии, накопленной заготовкой в результате неравномерности деформации по еб тол0щине, в случае развития ее преимущественно со стороны малого валка, когда разница их диаметров достаточно вели-ка. В результате этого воображаемые .слои заготовки по толщине стремятся принять разную

5 длину. Однако благодаря сплошности материала все эти слои на выходе из очага обжатия имеют одинаковую длину, и заготовка под действием остаточных напряжений покидает

0 очаг обжатия в состоянии взведенной пружины.

Второй этап разгрузки материала после такого обжатия и представляет собой освобождение оставшейся вну5тренней энергии, так как прокатанный листовой материал, как и любая система, стремится принять состояние, соответствующее минимуму внутренней энергии. При этом в нем протекает пассивная деформация, напра0вление которой всегда противоположно тому направлению, в котором действовала активная деформация, приведшая в результате неравномерности ее развития к стремлению слоем ма5териала, обращенных к малому валку, к увеличению своей длины. В результате такой разгрузки листовой материал вынужден изгибаться в сторону малого валка, обращаясь к нему вог0нутой стороной (если до обжатия он был плоским).

Такой изгиб приводит к ликвидации накопленной потенциальной энергии, при неравномерном развитии де5формации и к почти полному исчезновению остаточных .напряжений после обжатия.

В результате такого явления при разгрузке и происходит изменение

0 исходной кривизны прокатанного листового материала. При этом величина изменения его кривизны определяется величиной моментов внутренних сил, обусловленных величиной оста-. точных напряжений, действующих в

5 продольном и поперечном напряжениях т. е. величиной обжатия полосы. Таким образом, если изменение кривизны в определенном направлении равно исходному значению кривизны заготовки, то в результате прокатки по предлагаемому способу она мозкет быть лишена ее в этом направлении полностью.. Что же касается прокатки по пред лагаемому способу биметаллического материала, имеющего различные механические свойства и различные коэффициенты линейного расширения каждо го слоя, в результате чего в исходном состоянии такой материал имеет вполне определенную кривизну, то в этом случае для достижения большей, плоскостности пластическую проработ ку локализуют в слоях заготовки, имеющих перед обжатием в плоском со стоянии напряжения сжатия или в исходном свободном (изогнутом) состоя нии большую длину по отношению к другим слоям. При этом, в случае пр катки листового материала из термобиметаллов , к малому валку заготовк обращают слоем, имеющим меньший коэффициент линейного расширения, а к валку большого диаметра слоем, имеющим, соответственно, больший коэффициент линейного расширения, в результате чего после прокатки загото ка уменьшает свою кривизну. Это про исходит потому, что при таком расположении заготовки действие момент внутренних сил, вызванного остаточными напряжениями после прокатки, н правлено против действия момента, вызванного термическими напряжениями в слоях заготовки. Аналитическое выражение для опре деления величины изменения кривизны биметаллических материалов-в резуль тате прокатки в валках с большой разницей в диаметрах в случае прокатки с малыми обжатиями получено на основании теоретических и экспер ментальных исследований процесса по предлагаемому способу. На фиг. 1 изображена схема реали зации способа прокатки листового материала: на фиг. 2 - сечение заготовки, имеющей поперечную кривизну, и расположение ее слоев относительно рабочих валков до прокатки} на фиг. 3 - поперечное сечение материала после прокатки; на фиг. 4 примерная картина развития пластической деформации при обжатии; на фиг. 5 - эпюра остаточных напряжений(.;у) в поперечном сечении заготовки на выходе из очага деформации которые приводят к появлению момента внутренних сил, вызывающего изменение поперечной кривизны материала . Схема реализации способа прокатки листового материала (фиг. 1) включает рабочий валок 1 малого диаметра, рабочий валок 2 большого диаметра, пирамиду опорных роликов 3 и 4. Стрелкой V показано напряжение движения прокатываемой заготовки. Сечение заготовки (фиг. 2) имеет радиус исходной кривизны Рд и обращено выпуклой стороной к рабочему валку малого диаметра. Сечение заготовки, изображенное на фиг. 3, соответствует получению плоского материала после прокатки, в случае когда требуемое изменение кривизны равно исходной кривизне перед прокаткой, т. е. 7 - 9л го Картина развития пластической деформации, изображенная на фиг. 4, показывает, что при прокатке в валках с большой разницей в диаметрах пластическая деформация 6у в направлении толщины полосы развивается таким образом, что наибольшая величина ее локализуется вблизи малого валка. Это происходит благодаря, преимущественно, одностороннему развитию деформации обжатия, которая при малых величинах суммарного обжатия имеет значительную неравномерность по толщине заготовки, как это показано на фиг. 4. В случае прокатки биметаллической заготовки пластическую проработку локализуют в слое, который в свободном состоянии имеет напряжения сжатия и после обжатия должен претерпеть укорочение. Эпюра внутренних, например, термических напряжений, действующих в заготовке до прокатки, показывает характер их распределения в свободном 6tc и расправленном состояниях. Расправленное состояние биметаллического материала на входе в очаг деформации, в частности, может быть достигнуто с помощью направляющих роликов 5. Эпюра остаточных напряжении б±(у) изображенная на фиг. 5, показывает, что со стороны валка 1 малого диаметра в сечении заготовки на выходе из очага деформации действуют сжимающие напряжения, а со стороны валка 2 большого диаметра действуют растягивающие напряжения. Такая картина напряжений имеет место в случае, когда пластическая деформация при малых величинах обжатия развивается преимущественно со стороны рабочего валка малого диаметра. С целью проверки предложенного способа прокатки листового материала были проведены лабораторные испытания на полупромышленной комбинированной клети, выполненной согласносхемы, представленной на фиг. 1. Испытания, в частности, проводились на холоднокатаной ленте из термобиметалла марки .ТБ 1423 сечением Н X В ОД9х 200 мм, имеющей радиус исходной поперечной кривизны5 д 93 мм и радиус исходной продол1 ной кривизны PO-J. 45 мм. Воздействие на ленту путем ее обжатия между рабочими валками с большой разницей в диаметрах осуществлялось между приводным валком с диамет ром 250 мм и неприводным валком с диаметром 30 мм. Отношения диаметров валков равно -3 8,33 и отношение диаметра малого валка в толщине заготовки равное 5 157,9, которые обеспечили пре имущественно односторонний характер развития пластической деформации, необходимый для требуемого изменения исходной кривизны, при этом заготовк обращают к валку малого диаметра пас сивным слоем, имеющим меньший коэффициент линейного расширения. Степень общей деформации ленты в целом задавали в функции от требу емого изменения исходной кривизны. Так, например, изменению опереч ной кривизны равному О,002-1- соотве тствовала степень общей деформации. ленты в целом равная 0,05% и далее, MV - соответртвенно, 0,006 t - 0,6%, -0,2%, 0, -2,0%. Приведенная экспериментальная функциональная зависимость, представленная на фиг. 6. между степенью общей деформации ленты в целом €-, и изменением ее поперечной кривизны дк для данного материала со следующими механическими свойствами ,о - .« 0,36 и gg 3,41% при коэффициенте пластического трения f 0,3-0,4 описывается законом, приведенным в формуле изобретения. Использование предлагаемого способа прокатки при производстве лент из термобиметаллов позволит получать ленты, которые по радиусу поперечной кривизны будут соответствовать и, в некоторых случаях, превосходить требования ГОСТа 10533-63, а также значительно повысить производительность прокатных станов, производящих этот материал за счет повышения скорости прокатки, которая приводит к повышению температуры в очаге деформации и следовательно, к большей кривизна может быть исправлена путем применения предложенного способа прокатки. Например, исходная поперечная кривизна с радиусом 93 мм может быть исправлена полностью. Кроме того, предложенный способ прокатки листового матери&ла может быть использован с целью .интенсификации процесса прокатки материалов с различными механическими свойствами и, в частности, высокопрочных сплавов путем применения в действующих рабочих клетях, имеющих рабочие валки сравнительно большого диаметра, одного из рабочих валков весьма малого диаметра. Это оказыва.ется возможным благодаря регулированию остаточной кривизны листового материала после прокатки по предлагаемому способу. Высокая эффективность процесса прокатки в случае применения одного из рабочих валков весьма малого диаметра, а также возможность обоснованного управления параметрами процесса может обеспечить широкое внедрение изобретения во многих областях листопрокатного производства. Формула изобретения Способ прокатки листового материала, включающий операции охлаждения заготовки перед обжатием, обжатия заготовки в валках разного диаглетра, отличающийся тем, что, с целью обеспечения прокатки биметаллического материала, имеющего исходную продольную и поперечную кривизну и повышения качества прокатки, Обжатию подвергают слой заготовки, выполненный из материала с меньшим коэффициентом линейного расширения, и обращают его в процессе прокатки к валку меньшего диаметра, который берут равным 20-340 толщинам заготовки, диаметр же большего валка 8,3-32 диаметра малого валка, а слой с большим коэффициентом линейного расширения подвергают упругому сжатию, при этом деформацию определяют по законам в функции соответственно от поперечной и продольной кривизны: с .Г ДХлНЕдЕг с ГД йНЕаЕу1 In где g, степень общей деформации заготовки в целом, которая требуется для получения заданного изменения поперечной кривизны;

- степень общей деформации заготовки в целом, которая требуется для получения заданного изменения продольной кривизны;

Х, величина заданного изменения поперечной кривизны по отношению к исходной поперечной кривизне заготовки перед прюкаткой,А.

й«.

р

Ро. где . величина заданного измене ния продольной кривизны, по отношению к исходной продольной кривизне заготовки перед прокаткой, jjjj - Г-1 -Pai --f где РО - радиус исходной поперечной кривизны, ММ; - радиус поперечной кривизны, после прокатки, мм; Рп„- радиус исходной продольной кривизны, мм; р - радиус продольной кривизны после прокатки, мм; Е„ - модуль упругости слоя биметаллической заготовки, который подвергают наиболь шей пластической деформации, обжатия и обращают к валку малого диаметра,кг/м ЕО, - модуль упругости слоя биметаллической заготовки, в котором пластическая про работка при прокатке минимальна, обращенного к валку большого диаметра, к г/м и - толщина листового материала , мм;

- константы аппроксимации диаграммы истинных напряжений при испытании на разрыв прокатываемого материала, которые характеризуют его механические свойства.

Ё&

Ч

г кг -

gg eFLw J

БЬ

€б и 00 соответственно преи OB дел текучести и предел прочности материала заготовки, kr/M s,ge - относительные удлинения, соответствующие пределу текучести и пределу прочности материала заготовки; V - безразмерная величина, отражающая влияние коэффициента пластического трения при прокатке ercsin ). -4Д1С) коэффициент пластического трения при прокатке, который может быть задан в пределах 0,05 ,,5 Источники информации, е во внимание при экспертизе ретьяков А.В. Резервы станов й прокатки. Свердловск, Меиздат, 1962, с. 179-180.