СПОСОБ ПРОКАТКИ СОРТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ
METHOD OF DIE ROLLING

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при получении стальных профилей из непрерывно литых заготовок.
Известны способы прокатки сортовых профилей, включающие последовательное обжатие заготовки в горизонтальных и вертикальных валках с вытяжными калибрами [1, 2].
Недостатки известных способов состоят в том, что они не позволяют получить высококачественный сортовой прокат с большим поперечным сечением из непрерывно литых заготовок.
Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является способ прокатки сортовых профилей из шарикоподшипниковой стали, включающий нагрев непрерывно литых заготовок и их многопроходное обжатие в вертикальных и горизонтальных валках с вытяжными калибрами [3].
Σ
0
2
Недостаток известного способа состоит в том, что получение качественных сортовых профилей из шарикоподшипниковой стали достигается при суммарном коэффициенте вытяжки λ≥15. Это сужает размерный сортамент производимых сортовых профилей. В частности, при использовании стандартной непрерывно литой заготовки квадратного сечения 150×150 мм с площадью поперечного сечения S=150·150=22500 мм возможно получение качественного сортового проката из шарикоподшипниковой стали с максимальной площадью поперечного сечения, равной:
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>λ</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>22500</mn></mrow><mrow><mn>15</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1500</mn><msup><mrow><mtext> мм</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msup></mrow>
,
max
что соответствует прутку круглого сечения диаметром D=43,7 мм. Прутки большего диаметра из шарикоподшипниковой стали будут иметь несоответствующее качество и отбраковываются.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в расширении размерного сортамента сортовых профилей.
Для решения поставленной технической задачи в известном способе прокатки сортовых профилей из непрерывно литых стальных заготовок, включающем их многопроходное обжатие в вертикальных и горизонтальных валках с вытяжными калибрами, согласно изобретению обжатие в первых двух-четырех проходах осуществляют с рассогласованием угловых скоростей валков, образующих калибр, на 2-8%, и с коэффициентом вытяжки в калибре 1,2-1,5.
Σ
max
max
Сущность изобретения состоит в следующем. Непрерывно литая заготовка из шарикоподшипниковой стали имеет неравномерную макро и микроструктуру, ликвацию химических элементов и пористость. Для получения высококачественного сортового профиля необходима полная механическая проработка литой структуры при обжатии заготовки в калибрах. Эксперименты показали, что при сочетании рассогласования угловых скоростей горизонтальных и вертикальных валков, образующих вытяжные калибры в первых двух-четырех проходах и коэффициенте вытяжки в каждом из этих калибров 1,2-1,5, в очаге деформации происходит увеличение сдвиговой компоненты деформации, что повышает эффективность разрушения литой структуры, приводит к дополнительному измельчению структурных составляющих, неметаллических включений, устранению карбидной сетки. Интенсификация проработки структуры непрерывно литой заготовки при рассогласовании угловых скоростей валков в первых двух-четырех проходах позволяет снизить минимально допустимую вытяжку, при которой сортовой прокат имеет высокое качество по микроструктуре и свойствам. Для шарикоподшипниковой стали в этом случае допустимая вытяжка становится равной λ≥13. Это позволяет получать из непрерывно литой заготовки квадратного сечения 150×150 мм высококачественные прутки круглого сечения диаметром D=47,0 мм и менее (против прутков диаметром D=43,7 мм, полученных в соответствии со способом - ближайшим аналогом [3]).
Экспериментально установлено, что при рассогласовании угловых скоростей валков, образующих калибр, менее 2%, и коэффициенте вытяжки в этом калибре менее 1, 2, сдвиговые деформации малы, что не позволяет улучшить проработку литой структуры и расширить размерный сортамент сортовых профилей в сторону увеличения. Увеличение рассогласования угловых скоростей более 8% или коэффициента вытяжки более 1,5 не ведет к дальнейшему повышению эффективности проработки литой структуры стали, а лишь увеличивает износ ручьев калибров, что нецелесообразно.
Как показали эксперименты, наиболее эффективно механически изначально литая структура стали измельчается за счет рассогласования угловых скоростей вращения валков на 2-8% в первых двух-четырех проходах. Рассогласование угловых скоростей валков в пятом и последующих проходах к расширению размерного сортамента сортовых профилей не приводит.
Примеры реализации способа
Непрерывно литую заготовку квадратного сечения 150×150 мм из шарикоподшипниковой стали марки ШХ15СГ-В нагревают до температуры 1150°С и подают к сортовому стану 350. В первом проходе заготовку обжимают между верхним и нижним горизонтальными валками с ящичным калибром с вытяжкой λ=1,4. За счет изменения скоростей электродвигателей главного привода угловую скорость вращения верхнего валка поддерживают на 5% выше, чем нижнего (величина рассогласования угловых скоростей φ=5%). Выходящую из первой клети заготовку задают во вторую клеть с вертикальными валками и обжимают в ящичном калибре с вытяжкой λ=1,4 при рассогласовании угловых скоростей валков φ=5%. Затем заготовку вновь обжимают в валках с ящичным калибром третьей клети с горизонтальными валками с вытяжкой λ=1,4 при рассогласовании угловых скоростей верхнего и нижнего валков φ=5%.
Σ
Σ
Полученную полосу в дальнейшем обжимают в системе вытяжных калибров «овал»-«круг» за 12 проходов в пруток круглого сечения диаметром D=46 мм. Коэффициент суммарной вытяжки λ при этом составляет: λ=13,54.
Благодаря использованию в первых трех проходах рассогласований угловых скоростей валков и оптимальных вытяжек готовые прутки имеют следующие свойства:
σ<sub>в</sub>
δ<sub>5</sub>
НВ
Карбидная сетка
Структурная полосчатость
Оксиды
МПа
%
ед.
балл
балл
балл
700
22
200
1
2
1
Таким образом, прутки с увеличенным диаметром D=46 мм полностью удовлетворяют требованиям потребителей и пригодны для производства тел качения подшипников.
Варианты реализации способа прокатки сортовых профилей представлены в таблице.
Таблица
Режимы прокатки и максимально допустимый диаметр прутков
Кол-во проходов с рассогл. угловых скоростей валков
№ п/п
φ, %
λ
λ<sub>Σ</sub>, не менее
D<sub>max</sub>, мм
1.
1
1
1,1
15
43,7
2.
2
2
1,2
13
46,9
3.
3
5
1,4
13
47,0
4.
4
8
1,5
13
47,0
5.
5
9
1,6
15
43,7
6.
--
--
1,5
15
43,7
Σ
Как следует из данных, приведенных в таблице, при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается снижение минимально допустимого коэффициента суммарной вытяжки λ и расширение размерного сортамента сортовых профилей, прокатываемых из непрерывно литых заготовок, в сторону увеличения допустимого диаметра прутков. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №3), а также реализации известного способа [3] (вариант №6) минимально допустимый коэффициент суммарной вытяжки возрастает, а размерный сортамент сортовых профилей сужается.
Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что обжатие в первых двух-четырех проходах в вытяжных калибрах с рассогласованием угловых скоростей валков 2-8% и коэффициентом вытяжки за проход 1,2-1,5 приводит к появлению в очаге деформации между катающими поверхностями более быстрого и более медленного валков дополнительных сдвиговых деформаций, что интенсифицирует проработку изначально литой структуры стали, приводит к ее диспергированию, разрушению карбидной сетки, строчечных неметаллических включений, измельчению оксидов, сульфидов, глобулей, снижению карбидной ликвации. По этой причине снижается минимально допустимый коэффициент суммарной вытяжки и расширяется размерный сортамент прокатываемых сортовых профилей.
В качестве базового объекта принят известный способ [3]. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортовых профилей за счет увеличения числа заказов и объемов производства на 7-10%.
Источники информации
1. Грудев А.П. и др. Технология прокатного производства. М., Металлургия, 1994, с.273.
2. Патент Российской Федерации №2291205, МПК В21В 1/08, 2007 г.
3. Патент Российской Федерации №2243834, МПК В21В 1/46 2005 г.