СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТОЛСТЫХ ЛИСТОВ ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF HOT ROLLING OF THICK SHEETS FROM COPPER ALLOYS

Способ горячей прокатки толстых листов из медных сплавов
Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при получении толстых листов из труднодеформируемых медных сплавов с пониженной технологической пластичностью.
Известен способ прокатки листов из медных сплавов, включающий нагрев слитков до температуры 820°C и последующую многопроходную горячую и холодную прокатку с регламентированными обжатиями [1].
Недостаток известного способа состоит в том, что при прокатке медных сплавов с низкой технологической пластичностью в листах образуются внутренние дефекты в виде трещины и разрывов, что ухудшает качество металлопродукции и снижает выход годного.
Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является способ прокатки толстых листов из медных сплавов, включающий нагрев плоской заготовки, многопроходную горячую прокатку в диапазоне температур 780-450°C и последующую холодную прокатку [2].
Недостатки известного способа состоят в том, что при прокатке толстых листов из медных сплавов с пониженной технологической пластичностью деформация, производимая рабочими валками, затухает по толщине заготовки и не распространяется на всю ее толщину. Неравномерность деформации по толщине приводит к образованию в центральных слоях листов трещин и разрывов. Это снижает качество и выход годного толстолистового проката.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества и выхода годных толстых листов из медных сплавов с низкой технологической пластичностью.
Для решения технической задачи в известном способе горячей прокатки толстых листов из медных сплавов, включающем нагрев плоской заготовки и ее многопроходное обжатие в рабочих валках, согласно изобретению нагрев заготовки ведут до температуры 750-850°C, а обжатие в каждом из проходов устанавливают по соотношению:
<mrow><mi>ε</mi><mo>≥</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>D</mi></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mi>f</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow>
,
0
где h - толщина заготовки перед проходом;
D - диаметр рабочих валков;
f - коэффициент внешнего трения;
0
3
a=-0,9038+0,0272·µ;
1
3
a=0,2490+0,1848·µ;
µ - коэффициент Пуассона медного сплава при температуре деформации.
Сущность изобретения состоит в следующем. В процессе горячей прокатки плоской заготовки из медных сплавов в толстый лист при обжатии в каждом из проходов имеет место неравномерная деформация по ее толщине: деформация максимальна у контактных поверхностей заготовки, взаимодействующих с рабочими валками, неравномерно и быстро затухает к ее середине, что не исключает образования внутренних дефектов в виде трещин и разрывов.
В процессе проведения экспериментов была определена эмпирическая зависимость минимально допустимого относительного обжатия 8 от температуры и других параметров прокатки и свойств медного сплава, при котором в процессе обжатия между рабочими валками деформация гарантированно проникает на всю толщину заготовки. Поэтому при выполнении условия:
<mrow><mi>ε</mi><mo>≥</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>D</mi></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mi>f</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow>
прокатка толстых листов из медных сплавов происходит без образования в них внутренних трещин и разрывов. Указанное экспериментально определенное соотношение было получено для условий прокатки медных сплавов толщиной 10-90 мм. Исключение образования внутренних дефектов, в свою очередь, повысило выход годного толстолистового проката.
Экспериментально установлено, что при температуре нагрева выше 850°C вследствие окисления границ зерен медного сплава в процессе прокатки происходит образование трещин в раскате, что снижает выход годного. Снижение температуры менее 750°C ухудшает пластичность медных сплавов и равномерность ее деформации по толщине заготовки. Это стимулирует образование дефектов и приводит к снижению выхода годного.
Также экспериментально установлено, что при относительном обжатии за проход
<mrow><mi>ε</mi><mo><</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>D</mi></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mi>f</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow>
деформация со стороны рабочих валков не распространяется на всю толщину плоской заготовки, что ведет к образованию в ней внутренних дефектов и снижению выхода годного.
Примеры реализации способа
0
Литую плоскую заготовку толщиной h=100 мм из медного сплава марки БрБ2 с химическим составом, мас.%:
Fe
Si
Ni
Al
Pb
Be
Cu+примеси
0,15
0,15
0,5
0,15
0,005
2,1
остальное
нагревают в газовой печи до температуры Т=800°C, подают к реверсивному стану дуо с диаметром стальных рабочих валков D=700 мм. По справочным данным определяют коэффициент внешнего трения при горячей прокатке f=0,3 и коэффициент Пуассона данного медного сплава при температуре деформации µ=0,5.
0
1
Производят расчет параметров а и а:
0
3
3
а=-0,9038+0,0272·µ=-0,9038+0,0272·0,5=-0,9004;
1
3
3
а=0,2490+0,1848·µ=0,2490+0,1848·0,5=0,2 721,
после чего рассчитывают минимальное значение относительного обжатия в первом проходе, при котором пластическая деформация от рабочих валков проникает на всю толщину заготовки:
<mrow><mi>ε</mi><mo>=</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>D</mi></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mi>f</mi></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>0,9004</mn><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,2721</mn><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><mn>65</mn></mrow><mrow><mn>700</mn></mrow></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mn>0,3</mn></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,0684</mn></mrow>
.
0
1
ф
С помощью нажимных механизмов устанавливают межвалковый зазор и производят обжатие плоской заготовки в первом проходе с толщины h=100 мм до толщины h=90 мм с относительным обжатием ε, равным:
<mrow><msub><mi>ε</mi><mi>ф</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>100</mn><mi>м</mi><mi>м</mi><mo>−</mo><mn>90</mn><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow><mrow><mn>100</mn><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,10</mn><mo>></mo><mi>ε</mi><mo>=</mo><mn>0,0684</mn></mrow>
.
ф
Поскольку фактическое значение относительного обжатия ε превышает минимальное значение ε, пластическая деформация от верхнего и нижнего рабочих валков более равномерна и проникает на всю толщину плоской заготовки, что предотвращает образование трещин и разрывов в ее внутренних слоях.
ф
ф
Аналогичным образом производят расчет ε для второго и последующих проходов, устанавливая фактическое обжатие в каждом из них в соответствии с соотношением ε≥ε. Прокатку осуществляют до получения листов толщиной 20 мм.
Благодаря тому что в каждом из проходов пластическая деформация от валков проникает на всю толщину прокатываемой заготовки и является равномерной, исключается образование трещин и разрывов в ее внутренних слоях, выход годных толстых листов из труднодеформируемых медных сплавов повышается и достигает значения Q=99,7%.
Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.
Из данных, приведенных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) исключено образование в толстом листе из медных сплавов внутренних трещин и разрывов, благодаря чему достигается увеличение выхода годного металлопроката.
Таблица
Режимы горячей прокатки медного сплава марки БрБ2 и выход годного
№ п/п
T, °C
ε
Внутренние дефекты
Q, %
1.
740
<maths num="6"><math display="block"><mrow><mi>ε</mi><mo><</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>D</mi></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mi>f</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000005.tif" he="16" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
трещины, разрывы
78,8
2.
750
<maths num="7"><math display="block"><mrow><mi>ε</mi><mo>=</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>D</mi></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mi>f</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000006.tif" he="16" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
нет
99,6
3.
800
<maths num="8"><math display="block"><mrow><mi>ε</mi><mo>></mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>D</mi></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mi>f</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000007.tif" he="16" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
нет
99,7
4.
850
<maths num="9"><math display="block"><mrow><mi>ε</mi><mo>></mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>D</mi></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mi>f</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000008.tif" he="16" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
нет
99,6
5.
860
<maths num="10"><math display="block"><mrow><mi>ε</mi><mo><</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>D</mi></mfrac></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mn>0,19</mn><mo>⋅</mo><mi>f</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000005.tif" he="16" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
трещины, разрывы
78,7
6.[2]
700
не регламентировано
трещины, разрывы
75,3
При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также реализации известного способа (вариант №6) имеет место образование трещин и разрывов в толстолистовом прокате из труднодеформируемых медных сплавов с пониженной технологической пластичностью, что, в свою очередь, ведет к снижению выхода годного.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что нагрев заготовки до температуры 750-850°С и последующее обжатие в каждом из проходов не менее значения, определенного по экспериментально определенному соотношению, обеспечивает проникновение пластической деформации и ее равномерное распределение по всей толщине листа. Благодаря этому, как показали испытания, имеет место повышение качества и выхода годных толстых листов из медных сплавов с низкой технологической пластичностью.
В качестве базового объекта принят ближайший аналог. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства листов толщиной 8-50 мм из труднодеформируемых медных сплавов на 25-35%.
Источники информации
1. Берман С.И. Медно-бериллевые сплавы, их свойства, применение и обработка. М.: Металлургия, 1966, с.209, 254.
2. Патент Российской Федерации №2223157, МПК B21B 3/00, 2004 г.