СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИН ДЛЯ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
METHOD TO PRODUCE HEAT EXCHANGER PLATES

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается получения пластин для теплообменников из высокопрочных металлических материалов посредством горячей прокатки.
В настоящее время известен способ получения заготовок трубчатой формы с кольцевыми выступами на наружной поверхности (ребристых труб) [Специальные прокатные станы. / А.И.Целиков, М.В.Барбарич, М.В.Васильчиков и др. М.: Металлургия, 1971 г., с.173-231], включающий винтовую прокатку трубы в валках с винтовыми калибрами, развернутыми на угол подачи. Недостатком этого способа является невозможность получения плоских пластин с требуемым рельефом на поверхности.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является способ получения пластин для теплообменников, включающий предварительную горячую и холодную деформацию заготовок продольной прокаткой горизонтальными валками с гладкой бочкой и последующую штамповку [Патент SU 1217506 А, 15.03.1986]. Недостатком этого способа является невозможность получения заготовок требуемого профиля из высокопрочных сталей и сплавов, т.к. при таких режимах деформации происходит разрушение металла. Кроме того, в данном случае предполагается нанесение пазов на поверхность плоской заготовки методом штамповки, что создает непреодолимые трудности при извлечении детали из штампа.
Задачей изобретения является получение высококачественных плоских заготовок (пластин) для теплообменников с рельефом заданной формы на одной из сторон из высококачественных металлических материалов, таких как стали Х18Н10Т, ХН45Ю, сплавы ВЖ98, ДИ52 и т.п.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления пластин для теплообменников, включающем продольную горячую прокатку заготовок в горизонтальных валках, в соответствии с изобретением осуществляют прокатку заготовок из высокопрочных металлических материалов в валках, один из которых имеет гладкую бочку, а второй - бочку, по длине которой выполнены кольцевые пазы трапецеидального сечения, сужающегося к оси валка, глубиной, равной сумме минимальной ширины сечения и численного значения максимального относительного обжатия по толщине, с углом наклона боковых сторон 1-5° и нанесенным на поверхность бочки антиадгезионным покрытием, при этом прокатку осуществляют с превышением окружной скорости первого валка над окружной скоростью второго валка и степенью деформации не более 90% величины относительного удлинения материала при температуре прокатки.
Разница в окружных скоростях валков может составлять 3-40%.
Заявляемая совокупность признаков обеспечивает возможность получения пластин для теплообменников с рельефом заданной формы на одной из сторон, из высокопрочных металлических материалов, за счет продольной прокатки с заданными режимами в горизонтальных валках, один из которых имеет гладкую бочку, а второй - бочку, по длине которой выполнены кольцевые пазы трапецеидального сечения регламентируемых размеров. Максимальную ширину в поперечном сечении пазы имеют на поверхности бочки, постепенно сужаясь по направлению к оси валка под углом наклона боковых сторон 1-5°. Глубина паза равна сумме минимальной ширины и величины максимального относительного обжатия по толщине (которую, для удобства вычисления, можно принять в миллиметрах). Заявленные параметры обеспечивают заполнение высокопрочным металлом пазов валка в процессе прокатки при устойчивом положении заготовки в очаге деформации. Для облегчения отставания металла от поверхности профилированного валка на его поверхность наносят антиадгезионное покрытие, в частности, в виде смазки. Прокатку осуществляют со степенью деформации, не превышающей 90% величины относительного удлинения материала при температуре прокатки, что, в сочетании с другими параметрами прокатки, гарантирует полную проработку структуры и исключает трещинообразование. Разность в скоростях вращения валков обеспечивает надежное заполнение металлом выполненных на валке пазов и исключает коробление полосы.
В результате оптимального подбора геометрических размеров пазов одного из валков, обжатия и использования антиадгезионного покрытия (смазки) достигается стабильное протекание процесса прокатки высокопрочных сталей и сплавов. Уменьшение величины наклона боковых сторон пазов менее 1° приводит к заклиниванию металла в пазах и «оковыванию» валка полосой. Увеличение наклона боковых сторон свыше 5° ухудшает служебные свойства теплообменников. При разнице в окружных скоростях валков менее 3% не обеспечивается стабильное заполнение металлом кольцевых пазов, превышение скорости вращения второго валка более чем на 40% по сравнению с первым валком приводит к ухудшению качества поверхности прокатываемого металла. Обжатие заготовки при прокатке более чем на 90% от величины относительного удлинения материала данного типа при температуре прокатки может привести к образованию дефектов, разрыву кромок полосы или полному ее разрушению.
Способ осуществляется следующим образом. Перед прокаткой на поверхность профилированного валка наносится антиадгезионная смазка. Нагретая заготовка задается в рабочие валки, где обжимается ими за счет взаимного сближения контактных поверхностей валков. При обжатии заготовки валками металл заполняет выполненные на втором валке пазы в соответствии с заданной величиной обжатия, не превышающей 90% от величины относительного удлинения данной марки стали или сплава при температуре прокатки. Заданная величина угла конусности боковых сторон пазов в совокупности с установленной величиной обжатия полосы по толщине и разницей окружных скоростей вращения валков обеспечивает свободный выход полосы из очага деформации без «оковывания» валков.
Пример осуществления способа.
+0,1
+0,5
В результате прокатки необходимо получить пластину для теплообменника толщиной 2 мм, с выступами высотой до 2,5 мм (общая толщина пластины должна составить 4 мм). В качестве исходной заготовки используется горячекатаная пластина из сплава ВЖ 98 толщиной 4 мм.
На боковой поверхности одного из валков (верхнего) были выполнены пазы трапецеидальной формы глубиной 2,5 мм с наклоном боковых граней 3° и минимальной шириной на указанной глубине паза 2 мм. Всего на поверхности валка разместилось 25 пазов. Глубину паза определяли как сумму минимальной его ширины и величины или численного значения (для удобства расчета можно принять в миллиметрах) относительного обжатия по толщине пластины в миллиметрах. Обжатие по толщине составило:
Δh=(4 мм-2 мм)/4 мм=0,5
Минимальная ширина паза - 2 мм, тогда глубина паза составляет:
2 мм+0,5 мм=2,5 мм
Диаметр валка с гладкой бочкой составлял 300 мм, диаметр рифленого валка 220 мм, за счет этого достигалась разница окружных скоростей вращения валков в 36,36%, что при данной величине обжатия и глубине паза обеспечивало прямолинейность полосы и свободный выход ее из валков.
Пластину из сплава ВЖ 98 размером 102×170 мм толщиной 4 мм нагревали в камерной печи до температуры 1210°С. Перед прокаткой на поверхность валка с пазами нанесли антиадгезионную смазку, устанавливали расстояние между валками 2 мм.
Нагретую пластину задавали в зазор между валками, она за счет сил трения захватывалась и деформировалась до заданной толщины (2 мм) с образованием выступов трапецеидальной формы высотой от 2,1 до 2,4 мм
Всего по предлагаемому варианту прокатано 10 пластин. Осмотр поверхности показал отсутствие дефектов. Металлографические исследования показали полную проработку структуры, отсутствие несплошностей и трещин.
Таким образом, предлагаемый способ прокатки обеспечивает получение заготовок для теплообменников заданной формы высокой точности по геометрическим размерам с качественной поверхностью.