СПОСОБ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВ
METHOD OF METAL SHEETS ROLLING

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления высокопрочных тонких листов из металлических материалов, в том числе из алюминиевых сплавов.
Известен способ производства листов, согласно которому для выравнивания механических свойств в продольном и поперечном направлениях после холодной прокатки заготовки до толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8-9,5 раза, производят ее поворот в плоскости прокатки на угол 90° (см. патент РФ №2463116, В21В 3/00).
Недостатком данного способа является крайне низкий уровень сдвиговых деформаций металла по толщине листа при прокатке в продольном и поперечном направлениях, что не обеспечивает получение в нем равномерной фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций, в результате чего прочностные свойства изготавливаемых тонких листов значительно снижаются.
1
2
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства холоднокатаных полос и листов из различных металлов и сплавов, включающий холодную прокатку тонкой полосы до суммарной степени деформации 75-95% с единичной степенью деформации не менее 50% в валках с шероховатостью 6,0-12,0 мкм Ra и соотношением окружных скоростей V≥2V, (см. патент РФ №2542212, В21В 1/28).
Указанный способ позволяет повысить прочностные свойства металла только в продольном направлении, в то время как в поперечном направлении прочностные свойства металла будут низкими. Это связано с тем, что при прокатке листа с вышеуказанными режимами фрагментирование структуры металла происходит только в продольном направлении, т.е. по длине листа, что ведет к снижению прочностных свойств металла в поперечном направлении.
Задача, решаемая изобретением, заключается в изготовлении тонких металлических листов с высокими прочностными свойствами металла одновременно как по длине, так и по ширине листа за счет создания в нем пространственно-равномерной фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в снижении деформационной анизотропии путем создания равномерной сдвиговой деформации металла в двух взаимно перпендикулярных плоскостях прокатываемого листа.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе прокатки тонких металлических листов, включающем прокатку тонкого листа в двух валках с рассогласованием их окружных скоростей по меньшей мере в два раза и с единичной степенью деформации не менее 50% до суммарной степени деформации 75-95%, согласно изобретению прокатку осуществляют за два или четыре прохода, причем в каждом проходе, начиная с первого, задают одинаковое рассогласование окружных скоростей валков и одинаковую единичную степень деформации металла, а между проходами осуществляют поворот листа в плоскости прокатки на угол 90°.
Известен способ прокатки листов с одинаковой степенью деформации металла в продольном и поперечном направлениях для исключения образования вытянутости зерен (см. патент РФ №2492962, B22D 18/02, В21 В 1/00, F41H 5/00).
В заявляемом способе одинаковая степень деформации металла в продольном и поперечном направлениях листа, так же как и в известном способе, предназначена для исключения образования вытянутости зерен.
Известен способ производства листового проката, в котором после первых 1-5 проходов заготовку поворачивают в плоскости прокатки на угол 90° и прокатывают до конечной толщины (см. патент РФ №2137560, В21В 1/00, В21В 3/02, C21D 8/04).
В заявляемом способе поворот листа в плоскости прокатки на угол 90°, так же как и в известном способе, предназначен для снижения анизотропии механических свойств.
Однако наравне с вышеуказанными известными техническими свойствами в заявляемом способе прокатки совокупность отличительных признаков проявляет новый технический результат, заключающийся в снижении деформационной анизотропии путем создания равномерной сдвиговой деформации металла в двух взаимно перпендикулярных плоскостях прокатываемого листа. Это обеспечивает получение пространственно-равномерной фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций как по длине, так и по ширине листа. В результате этого прочностные свойства изготавливаемых тонких металлических листов значительно повышаются.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ прокатки металлических листов не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Способ прокатки металлических листов осуществляют следующим образом.
Холодную прокатку металлических листов осуществляют в двух приводных валках с рассогласованием их окружных скоростей по меньшей мере в два раза. Прокатку осуществляют за два или четыре прохода с единичной степенью деформации не менее 50% до суммарной степени деформации 75-95%. Причем в каждом проходе, начиная с первого, задают одинаковое рассогласование окружных скоростей валков и одинаковую единичную степень деформации металла, а между проходами осуществляют поворот листа в плоскости прокатки на угол 90°. Это позволяет обеспечить в процессе прокатки металла создание больших сдвиговых деформаций, способствующих получению фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций как по длине, так и по ширине прокатываемого листа, и одновременно с этим предотвратить формирование деформационной анизотропии за счет создания равномерной сдвиговой деформации металла в двух взаимно перпендикулярных плоскостях прокатываемого листа.
Осуществлять холодную прокатку в приводных валках с рассогласованием их окружных скоростей менее чем в два раза и с единичной степенью деформации менее 50% нецелесообразно, так как при этом уменьшается интенсивность сдвиговой деформации и увеличивается ее неравномерность по толщине листа, что приводит к значительному снижению прочностных свойств металла.
Если в процессе прокатки рассогласование окружных скоростей валков и степень деформации в каждом проходе будут не равны между собой, то структура и прочностные свойства металла в продольном и поперечном направлениях листа будут неравномерными.
Осуществлять прокатку металлических листов за один или три прохода нецелесообразно, так как фрагментирование структуры металла будет происходить преимущественно только в продольном направлении, т.е. по длине листа. В результате прочностные свойства листа по длине будут выше аналогичных показателей по его ширине, а это в целом снижает прочность листа.
Осуществлять прокатку металлических листов более чем за четыре прохода нецелесообразно, так как суммарная степень деформации в этом случае превысит 95%, что приведет к образованию поверхностных и внутренних трещин в металле листа, а, следовательно, к потере его пластических и прочностных свойств, что в дальнейшем приведет к разрушению металла листа.
Если между проходами не осуществлять поворот листа в плоскости прокатки на угол 90°, то фрагментирование структуры металла будет происходить только в продольном направлении. В результате прочностные свойства листа в продольном направлении будут выше, чем в поперечном направлении.
Таким образом, совокупность отличительных признаков заявляемого способа позволит получить пространственно-равномерную фрагментированную структуру металла с высокой плотностью дислокаций в продольном и поперечном направлениях готового листа и соответственно повысить его прочностные свойства.
Для обоснования преимуществ заявляемого способа прокатки металлических листов были проведены 12 экспериментов, в которых исходную заготовку в виде листа толщиной 4,0 мм из алюминиевого сплава марки АМг6 прокатывали в двух приводных валках диаметром 400 мм, окружные скорости которых в каждом проходе отличались не менее чем в два раза. Прокатку проводили с единичной степенью деформации не менее 50% на сухих валках без использования технологической смазки.
Эксперименты №1-4 проводили в соответствии с заявляемыми режимами, указанными в формуле изобретения;
эксперименты №5-10 - с режимами, выходящими за заявляемые пределы;
эксперименты №11-12 - по прототипу.
Режимы прокатки приведены в таблице 1, а результаты испытаний - в таблице 2.
Результаты испытаний показали, что металлические листы, изготовленные по заявляемому способу (эксперименты №1-4), в сравнении с прототипом (эксперименты №11, 12) имеют более высокие прочностные свойства как в продольном, так и в поперечном направлениях, а именно:
- предел текучести металла повышается в продольном направлении листа на 10,0-11,5%, а в поперечном направлении - на 29,9-31,5%;
- временное сопротивление разрыву металла повышается в продольном направлении листа на 9,5-12,3%, а в поперечном направлении - на 24,3-27,5%.
Изготавливать металлические листы по режимам, выходящим за заявляемые пределы, нецелесообразно, так как при этом увеличивается неравномерность свойств листа в продольном и поперечном направлениях (эксперименты №5, 6, 8, 9, 10) или появляются трещины и разрывы (эксперимент №7).
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ прокатки металлических листов работоспособен, может найти широкое применение в области прокатки высокопрочных изделий и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».