Способ регулирования процесса прокатки стальной полосы на непрерывном многоклетевом стане Советский патент 1983 года по МПК B21B1/22 

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ НА НЕПРЕРЫВНОМ МНОГОКЛЕТЕВОМ Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к автоматизации прокатного производства, и совершенствует способы регулирования процесса ггрокаткй полос. Известнь способы холодной прокатки, предусматрГивающие регулирование величины обжатия полосы. Благодаря регулированию величины обжатия уменьшают неравномерность распределения натяжения по ширине полос, улучшают их геометрическую форму и планшетность {.; Недостаток известного способа регулирования процесса холодной прокатки полосы состоит- в том, что он не учитывает фактор изменения структуры металла прокатываемых полос, по их длине. Между тем, влияние этого фактора существенно, поскольку размер зерен феррита, например, по длине ОДНОЙJполосы в рулоне горячекатаной малоуглеродистой стали типа 08 кп может изменяться в два и более раз. Это обусловлено различиями химсостава стали по высоте слитка, различиями в температурных условиях горячей прокатки переднего и заднего концов полос (подката).

СТАНЕ Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ регулирования процесса холодной прокатки стальных полос. Этот способ предусматривает варьирование величиной обжатия полосы в клетях непрерывного многоклетевого стана 2. Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает равномерной загрузки клетей и улучшения качества прокатной продукции. В частности, изменение структуры подката (в первую очередь размера зерна феррита) приводит к изменению коэффициента упрочнения металла, влияние чего наиболее сказывается на нагрузках в последней клети непрерывного стана. Колебание же нагрузок (прежде всего усилия прокатки) приводит к колебаниям активной образующей профиля прокатных валков, что ухудшает качество (план.шетность, точность по толщине полос) готовой продукции. Цель изобретения - повышение равномерности загрузки клетей и улучшение качества прокатной продукции посредством упреждающего регулирования величины обжатия. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему варьирование величины обжатия в клетях, перед подачей полосы в прокатные клети определяют изменение величины зерна феррита в структуре стали по длине полосы, а варьирование величиной обжатия в последней клети стана осуществляют прямо пропорционально изменению величины зерна феррита и устанавливают исходя из следующей за висимости: ft ( н. где величина обжатия в последней клети при прокатке участков полосы, структура которых состоит из зерен феррита диаметром d; -0 - величина обжатия в последней клети при прокатке участков полосы, структура которых состоит из зерен феррита диаметром do; m -показатель степени, 0,05 m 20 Сущность предлагаемого способа регулирования процесса прокатки стальной полосы на непрерывном многоклетевом стане заключаетсяВ следующем. При холодной прокатке полос на листовых станах технология (режим обжатий и натяжений, скорость прокатки, профилировка валков) этого процесса выбирается так, чтобы обеспечить максимальное соответствие формы активной образующей валка форме и профилю прокатываемой полосы. Режим обжатий по клетям непрерывного многоклетевого стана должен строиться так, что создает наиболее благоприятные условия для работы систем автоматического регулирования процесса, которыми оснащены современные станы. Это позволяет при стабильных условиях процесса прокатки получать полосу без погрешностей формы (волнистости, коробоватости) и с минимальной разнотолщинностью. На промышленных станах процесс прокатки проходит, как правило, в нестационарных условиях. Одной из основных причин нарушения стабильности процесса является изменение микроструктуры стали по длине прокатываемых полос. Этот фактор необходимо учитывать при регулировании процесса прокатки с целью обеспечения высокого качества получаемой продукции. Изменение микроструктуры стали по длине прокатываемых полос обуславливает непостоянство .механических характеристик металла. Предлагаемый способ предназначен для использования, главным образо.м, при регулировании процесса прокатки малоуглеродистых сталей, основной структурной составляющей которых является феррит. Размер зерна феррита сильно влияет на предел текунести деформируемого металла. В частности, с увеличением размера зерна феррита в стали, который характеризуют обычно величиной среднего диаметра зерна, предел текучести стали понижается. Влияние зеренной структуры стали на процесс прокатки проявляется достаточно сильно, поскольку даже после обжатия на 70-90% сопротивление деформации (предел текучести) стали в зависимости от размера зерна может различаться на 15-20%. Холоднокатаную и отожженную ленту из стали 09 кп с размером зерна феррита 9-10 баллов по ГОСТу 5639-65 толщиной 0,7 мм прокатывают на стане дуо-кварто 200 с критическим обжатием 8%. После прокатки металл повторно отжигают при 650°С 2 ч. В результате такой обработки получают крупнозернистую структуру стали с размером зерна феррита 3-4 балла по ГОСТу 5639-65. Образцы полос с крупнозернистой структурой 3-4 балла (после критического обжатия и отжига) и с мелкозернистой структурой баллов (без дополнительной обработки) прокатывают на стане до толщины 0,1 .мм, т. е. с суммарными обжатиями до 80-87%. После дефор.мации на каждые 10% проводят испытания механических свойств стали. При изменениях зеренной структуры стали, а следовательно ее упрочнения и предела текучести в деформированном состоянии, изменяются усилие прокатки, прогиб и сплющивание валков. Выпуклость, профилировка валков, настройка стана остаются неизменными. Поскольку при неизменной профилировке валков усилие изменяется, то активная форма образующей валка уже не соответствует профилю и форме прокатываемых полос, т. е. при из.менении размера зерна феррита в структуре прокатываемой стали, а значит изменении ее упрочнения, профилировка валков оказывается неподходящей для первоначально установленного обжатия. В результате, прокатываемая полоса выходит из валков волнистой или коробоватой. Наиболее сильно отмеченные негативные эффекты проявляются в последней клети непрерывного стана, перед поступлением в которую металл приобретает максимальное упрочнение, и где различия в степени упрочнения металла различных участков полосы достигают максимальных значений. Для исключения рассмотренных отрицательных эффектов необходимо осуществлять упреждающее регулирование процесса прокатки, чтобы компенсировать влияние изменения структуры (размеров зерна феррита) стали по длине полос на усилие прокатки и, как следствие, на профиль и форму прокатываемого металла. Наиболее широкими возможностями в части воздействия на процесс прокатки обладает регулирование путем изменения величины обжатия. Если изменение структуры стали приводит

к уменьшению степени наклепа металла и снижению усилия прокатки, то обжатие полосы необходимо увеличивать. Если же изменение структуры стали приводит к росту сопротивления деформации стали и усилия прокатки, то степень обжатия полосы надо уменьшать. В результате, усилие прокатки стабилизируется примерно на одном уровне даже при колебаниях структуры металла по длине полосы и обеспечивается производство высококачественной продукции.

Такое регулирование процесса прокатки в послед1ней клети непрерывного стана обеспечивает повышение равномерности загрузки клетей (повышает равномерность расхода энергии, усилия и моментов прокатки между клетями стана). При таком способе регулирования приращение, например усилия прокатки, вызванное уменьшением зерна феррита в структуре стали, приходится не на последнюю клеть напрерывного стана холодной прокатки (как это имеет место в практике), а равномерно распределяется между всеми клетями стана. Это повышает стабильность процесса прокатки.

Таким образом, предлагаемый способ регулирования процесса прокатки предусматривает изменение уставки обжатия (настройки по обжатию полосы в зависимости от величины изменения размера зерна феррита в структуре стали. Эта зависимость имеет прямой характер и может быть выражена функцией р (-у) - Коэффициент m показывает степень зависимости требуемого изменения величины обжатия от величины изменения размера (диаметра) зерна феррита в структуре прокатываемого металла.

Диапазон возможных значений показателя ш определяют следующим образом.

Изобретение предполагается использовать, в основном применительно к процессу холодной прокатки тонких полос из малоуглеродистых сталей на непрерывных многоклетевых станах. На современных непрерывных станах холодной прокатки (типа пятиклетевых станов 1200 Магнитогорского и 1/00 Карагандинского меткомбинатов, 2000 Новолипецкого метзавода, четырехклетевых станов 1700 Череповецкого и Ждановского им. Ильича заводов) обычно не применяют относительные обжатия в последней клети менее 5% и более 40%. При обжатиях менее 5% в последней клети неустойчиво работают системы автоматического регулирования толщины полосы. Величины обжатий более 40% в последней клети стана практически нельзя получить. Следовательно, возможный диапазон изменения 5-40%.

Величина относительного обжатия представлена как отношение величины абсолютного обжатия полосы Ah к ее начальной толщине ho и выражена в процентах, т. е. 4ii.lOO%.

Структура горячекатаного -подката, идущего на производство холоднокатаных полос из малоуглеродистых сталей, может характеризоваться размером зерна феррита в диапазоне 3-11 баллов по ГОСТ 5639-

65, т. е. диаметр зерна может изменяться в пределах ПО-7 мкм.

Однако в пределах одной полосы, при прокатке которой осуществляется регулирование величины обжатия, величина зерна феррита, как правило, максимально колеблется от 5 до 10 баллов по ГОСТу 5639-65 (d 55-10 мкм), т. е. отношение d/do может изменяться не более чем в 5,5- 6 раз. Следовательно, за максимальное значение отнощения d/do можно принять -а 6.

Различие в размерах зерна менее 10% заметно ощущается на упрочнении стали и параметрах процесса прокатки. Следовательно, за минимальное значение отношения d/do можно принять - 1,1. Принимается, что зерна более крупного размера имеют диаметр d, диаметр зерна меньшего размера обозначен do. Таким образом, получают

d к

-d 11d,/min at/max

Различия в величинах обжатия (различие между и о ) меньше 0,1, т. е. 0,1, можно считать несущественньши. Поэтому за одно из крайних значений отношения следует принять -|-- 1,1. С другой стороны в диапазоне обжатий 5-40% отношение | может изменяться максимально в восемь раз, т. е. Лг 8. Таким образом, получается

с- I- 1 О

o/7iin - х

Комбинируя крайние значения Е/г и d/do находят диапазон возможных изменений показателя ш.

./ d

Для случая / в/тах(з-/да„ ) получают 8 (1,1). Откуда 21,8. Для случая -Е (а) получают (1,1 (6) оОткуда m 0,054.

Н

Округляя полученные значения, записывают диапазон возможных величин 0,05 с ш .20. Таким образом, показатель степени m может принимать значения в довольно широких пределах. Для конкретного стана величина показателя m определяется местными условиями, принятой технологией (выбранными режимами обжатий, сортаментом прокатываемых полос, структурой и свойствами прокатываемого металла и др.).

Пример. Способ опробовали на пятиклетевом стане 1700 Карагандинского меткомбината при прокатке полос толшиной 0,5мм. шириной 1000 мм из подката толщиной 2,5, сталь 08кп. Микроструктура металла прокатываемых полос отличается существенной неравномерностью по их длине. В частности, размер зерна феррита в стали характеризуется 6-7 баллами (d « 39-26 мкм) в средней части полос и 10-11 баллами ( 10-17 мкм) на переднем и заднем концах полос. При этом величина обжатия в пятой клети составляет 20°/о. Полное натяжение между пятой и четвертой клетями равняется 10 тс, за пятой клетью - 5 тс. Указанные структурные отличия обусловлены различием температурных условий горячей прокатки металла по длине полос.

Опытную партию полос разделяют на две части. Одну часть металла прокатывают по общепринятой технологии (без регулирования величины обжатия в пятой клети стана в зависимости от размера зерна феррита), т. е. по известному способу. Предел текучести стали 6т с зерном феррита 6-7 баллов равняется примерно 1 23 кгс/мм, а при зерне феррита 10-11 баллов - т 32 кгс/мм. Другую часть прокатывают по предлагаемому способу. При прокатке варьирование величиной обжатия в последией клети стана осуществляют прямо пропорционально изменению величины зерна феррита в структуре стали и устанавливают величину обжатия, исходя из зависимости fo(d/do). Изменение размера зерна феррита по длине полос определяют перед подачей металла на стан (вырезают образцы и осуществляют микроструктурный анализ с помощью оптического микроскопа). Регулирование величины обжатия в последней (пятой) клети стана осуществляют с упреждением по заранее найденной зависимости изменения размера зерна феррита по длине полосы т. е. регулирование ведут по жесткой, заранее определенной программе.

Результаты опытной прокатки показывают следующее.

При прокатке по известному способу участков полосы со структурой, характеризуемой размером зерна феррита 6-7 баллов, среднее контактное давление в очаге деформации J°p составляет 80,5 кгс/мм, а полное усилие прокатки Р равняется 750 тс. При прокатке участков полосы со структурой баллов эти параметры процесса равняются Р - 95,6 кгс/мм , Р 950 тс. Таким образом, при изменении размера зерна феррита в структуре прокатываемой стали от 6-7 до 10-11 баллов полное усилие прокатки в пятой клети стана возрастает примерно на 30%. Такое изменение Р приводит к увеличению упругой деформации клети, искажению профиля прокатываемой полосы, усиливает неравномерность загрузки клетей стана.

При прокатке по предлагаемому способу при уменьшении размера зерен феррита в структуре прокатываемой стали до 10- 11 баллов величину обжатия в пятой клети стана уменьшают примерно до 10%. В результате такого регулирования процесса усилие прокатки в пятой клети стабилизируется примерно на том же уровне, что и при прокатке участков полосы с крупнозернистой структурой (размером зерна 6- 7 баллов), а именно на уровне - 750 тс. Это обеспечивает повышение равномерно сти загрузки клетей стана и улучшение качества готовой продукции (улучшается плоскостность полос, уменьшается поперечная разнотолщинность).

Таким образом, проведенные испытания

0 показывают преимущества предлагаемого способа регулирования процесса прокатки перед известными.

При регулировании процесса прокатки по предлагаемому способу на непрерывных многоклетевых станах изменение величины

5 обжатия полосы в последней (регулируемой) клети требует перераспределения обжатия и в других клетях стана для сохранения неизменной суммарной степени деформации полосы и обеспечения равномерности за0 грузки клетей. Однако корректировка величин обжатия в предыдущих клетях небольшая. Следовательно, реализация такого перераспределения обжатий не вызывает каких-либо трудностей. Например, изменение величинь обжатия в последней клети пя5 тиклетевого стана холодной прокатки от 15 до 25% требует изменения обжатий в предыдущих клетях всего только на 1-2%. При регулировании процесса прокатки по предлагаемому способу на реверсивных станах необходимо в зависимости от изменения величины зерна в структуре стали варьировать величиной обжатия в последнем проходе и устанавливать величину обжатия прямо пропорциональной величине зерна феррита. В общем случае по пред5 лагаемому способу можно осуществлять указанное регулирование величины обжатия в функции размера зерна в структуре металла и при промежуточных проходах при реверсивной прокатке или в любой клети непрерывного стана. Однако наибольшее

0 влияние на качество готовой продукции оказывает режим обжатий в последнем проходе (последней клети).

Регулирование величины обжатия при прокатке можно осуществлять также в зависимости и от размера частиц не только феррита, а и другой структурной составляющей, например структурно свободного цементита. Однако влияние вторичных фаз на сопротивление деформации металла при прокатке проявляется, как правило, сла® бее, чем основной структурной составляющей.

Экономическая эффективность предлагаемого способа состоит в улучшении качества листового проката и уменьшении затJ рат по переделу за счет повышения стабильности процесса прокатки, а следовательно, уменьшения порывов полос, снижения расхода валков на единицу готовой продукции, увеличения производительности стана и др.).

Применение предлагаемого способа на листовом холоднопрокатном стане с объемом производства порядка 1 млн. т в год может обеспечить экономический эффект не менее 50 тыс. руб.

Формула изобретения

Способ регулирования процесса прокатки стальной полосы на непрерывном многоклетевом стане, включающий варьирование величины обжатия полосы в клетях, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности загрузки клетей и улучшения качества прокатной продукции, перед подачей полосы в клети определяют изменение величины зерна феррита в структуре стали по длине полосы, а варьирование величиной обжатия в последней клети осуществляют прямо пропорционально изменению величины зерна феррита по следующей зависимости:

о(-|-Г

где - величина обжатия в последней клети при прокатке участков полосы, структура которых состоит из зерен феррита диаметром d; о - величина обжатия в последней клети при прокатке участков полосы, структура которых состоит из зерен феррита диаметром d«; fn -показатель степени, 0,05 m 20.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бернштейн М. Л. и др. Структура и механические свойства металлов. «Металлургия, 1970, с. 142.

2.Железнов Ю. Д. Прокатка ровных листов и полос. «Металлургия, 1971, с. 165- 171.