ОЛОВЯНИСТАЯ БРОНЗА ДЛЯ РАСХОДУЕМЫХ ЭЛЕКТРОДОВ МАШИН ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО ТЕКСТУРИРОВАНИЯ ЛИСТОПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ
TIN BRONZE FOR CONSUMABLE ELECTRODES OF PLATE ROLLER ELECTRIC-DISCHARGE TEXTURING MACHINES

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе меди, и может быть использовано при изготовлении стержневых расходуемых электродов машин электроразрядного текстурирования листопрокатных валков.
Известен состав оловянистой бронзы [1] для упругих элементов, содержащей олово, цинк, титан, железо, медь и примеси в следующем соотношении, мас.%:
Олово
3,5-4,5
Цинк
2,7-3,3
Титан
0,02-0,12
Железо
0,004-0,02
Медь и примеси
Остальное
с
Недостаток оловянистой бронзы известного состава состоит в том, что применение изготовленных из нее электродов для электроразрядного текстурирования (ЭРТ) листопрокатных валков не обеспечивает высокой плотности микрократеров-впадин, образующих насеченную поверхность. Холодная прокатка стальных полос в таких листопрокатных валках приводит к формированию шероховатости поверхности с низкой плотностью пиков Р и ухудшению качества листового проката. Кроме того, насеченная поверхность листопрокатных валков имеет низкую износостойкость.
Известна также оловянистая бронза [2], содержащая медь, олово, фосфор, цирконий и ниобий при следующем соотношении содержаний химических элементов:
Олово
50-6,5
Фосфор
0,05-0,1
Цирконий
3,0-5,0
Ниобий
1,0-2,0
Медь
Остальное
Недостатки бронзы известного состава состоят в том, что она также не пригодна для изготовления электродов машин ЭРТ, т.к. образуемые на насекаемой поверхности листопрокатного валка микрократеры имеют большую площадь при недостаточной глубине.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является оловянистая бронза [3], содержащая, мас.%:
Олово
6,0-7,0
Фосфор
0,1-0,25
Сурьма
не более 0,002
Кремний
не более 0,002
Железо
не более 0,05
Медь
Остальное
с
Недостатки бронзы известного состава также состоят в том, что она не пригодна для изготовления электродов машин ЭРТ, т.к. образуемые на насекаемой поверхности листопрокатного валка микрократеры имеют относительно большую площадь при малой глубине. Это приводит к снижению плотности пиков Р шероховатой поверхности прокатываемых полос, ухудшению качества листового проката, низкой стойкости валков.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении плотности пиков текстурированной поверхности валков, качества листового проката и стойкости валков.
Для решения поставленной технической задачи оловянистая бронза для расходуемых электродов машин электроразрядного текстурирования листопрокатных валков, содержащая олово, фосфор, сурьму, кремний, железо и медь, она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Олово
4,0 - менее 6,0
Фосфор
0,1-0,3
Сурьма
не более 0,002
Кремний
не более 0,002
Железо
не более 0,05
Медь
Остальное
Сущность изобретения поясняется изображенной на фигуре схемой образования микрократера при ЭРТ листопрокатного валка. Здесь 1 - расходуемый электрод из оловянистой бронзы; 2 - выступ; 3 - изолирующая жидкость; 4 - стальной листопрокатный валок; 5 - микрократер на поверхности валка; 6 - электрическая дуга; 7 - газовый пузырь.
6
5
Установлено, что олово в количестве 4,0-менее 6,0% образует с медью твердый раствор и химическое соединение СuSn. Дополнительное содержание в бронзе сурьмы, кремния и железа повышает механическую прочность расходуемого электрода и уменьшает коэффициент температурного расширения, что важно для прецизионного поддержания заполненного изолирующей жидкостью 3 зазора между обрабатываемой поверхностью валка 4 и рабочим торцом электрода 1.
В однофазном твердом растворе олово концентрируется по границам зерен меди. Поскольку температура плавления олова ниже, то при пропускании импульсного электрического тока оно интенсивно превращается в газовую фазу (выгорает). В результате на рабочей поверхности электрода формируются выступы 2, через которые по пути наименьшего электросопротивления через изолирующую жидкость 3 проходит электрическая дуга 6. От действия высокой температуры электрической дуги 6 происходит нагрев, локальное расплавление участка поверхности валка и выброс из него жидкого металла с образованием микрократера 5. Кроме того, вокруг электрической дуги 6 происходит испарение изолирующей жидкости с формированием газового пузыря 7, который выносит на поверхность продукты электроэррозинного износа расходуемого электрода 1 и валка 4.
с
с
Химический состав оловянистой бронзы оптимизировали экспериментальным путем. Установлено, что при содержании олова менее 4% на рабочем торце расходуемого электрода 1 выступы отсутствуют. В результате возрастает площадь поперечного сечения электрической дуги 6, плотность тока в ней падает, увеличивается диаметр и уменьшается глубина микрократера 5 поверхности валка 4. Это приводит к уменьшению плотности пиков Р на поверхности прокатываемой полосы, ухудшению ее качества, быстрому износу насеченной поверхности валка 4. При содержании олова 6% и более имеет место потеря прочности и увеличение расхода электродов 1. Это также снижает число пиков Р и качество листового проката.
Фосфор введен в состав оловянистой бронзы для исключения образования тугоплавких оксидов олова, повышения прочностных свойств расходуемых электродов. Снижение содержания фосфора менее 0,1% приводит к нестабильному горению дуги из-за изменения конфигурации выступов 2 электрода 1. Увеличение содержания фосфора более 0,3% приводит к увеличению в бронзе количества и размеров неметаллических включений, неравномерности размеров микрократеров насеченной поверхности листопрокатного валка. Это ухудшает качество холоднокатаных полос.
Сурьма в количестве не более 0,002%, как и кремний в количестве не более 0,002% способствуют интенсивному выносу продуктов электроэрозионного износа на поверхность изолирующей жидкости 3, уменьшая ее загрязненность и деградацию свойств. Однако увеличение количества сурьмы более 0,002% или кремния более 0,002% приводит к снижению электропроводимости бронзы, перегреву расходуемых электродов 1, снижению качества листового проката и стойкости листопрокатных валков.
Введение с бронзу железа повышает прочность расходуемого электрода, стабилизирует процесс ЭРТ. Однако при содержании железа более 0,05% ухудшается электропроводимость бронзы, что уменьшает глубину микрократеров насечки валка, ухудшает его стойкость и качество холоднокатаных полос.
В таблице приведены химические составы оловянистых бронз и показатели эффективности их использования в качестве расходуемых электродов при ЭРТ.
c
c
Из данных, представленных в таблице, следует, что расходуемые электроды для ЭРТ из предложенной оловянистой бронзы (составы №2-4) обеспечивают повышение плотности пиков Р текстурированной поверхности, улучшение качества листового проката (выход полос с 1 и 2 группами отделки поверхности максимален) и стойкости валков. В случаях запредельных концентраций компонентов химического состава (составы №1 и №5), а также при использовании оловянистой бронзы известного химического состава-прототипа (вариант №6) имеет место снижение плотности пиков шероховатой поверхности Р, ухудшается качество холоднокатаных полос, снижается стойкость насеченных валков.
В качестве базового объекта при оценке технико-экономических преимуществ предложенной оловянистой бронзы принята оловянистая бронза-прототип. Использование предложенной оловянистой бронзы с сурьмой, кремнием и железом для изготовления расходуемых электродов стабилизирует процесс ЭРТ прокатных валков, увеличивает износостойкость насеченного слоя, повышает плотность пиков шероховатости холоднокатаных полос и их качество.
Имточники информации
Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения
1. Патент 2315124, Российская Федерация, МПК С22С 9/02, 2007.
2. Патент 2012616, Российская Федерация, МПК С22С 9/02, 1994.
3. Осинцев О.Е. и др. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки. Справочник. М., Машиностроение, 2004, с.79, табл.3.2.
Таблица.
Составы оловянистых бронз для расходуемых электродов машин ЭРТ листопрокатных валков и эффективность использования расходуемых электродов
№ состава
Содержание химических элементов, мас.%
Плотность пиков P<sub>c</sub>, шт/см
Выход полос с 1 и 2 группой отделки поверхности, %
Стойкость валков (км прокатанных полос)
Sn
P
Sb
Si
Fe
Cu
1
3,0
0,09
-
0,003
0,01
Остальное
80
75
130
2
4,0
0,10
0,001
0,002
0,03
-:-
110
98
410
3
5,5
0,20
0,001
0,002
0,04
-:-
130
99
420
4
5,9
0,30
0,002
0,001
0,05
-:-
125
99
412
5
6,0
0,40
0,003
0,003
0,06
-:-
85
78
145
6
6,5
0,23
0,002
0,001
0,04
-:-
95
80
150