СПОСОБ ПРОКАТКИ ТОЛСТЫХ ЛИСТОВ НА РЕВЕРСИВНОМ СТАНЕ
METHOD OF ROLLING THICK-GAGE PLATES AT REVERSING MILL

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству проката на толстолистовых одноклетьевых реверсивных станах горячей прокатки.
При толстолистовой горячей прокатке происходит переход металла с боковых и торцевых граней непрерывнолитого сляба на широкие поверхности листа. Поскольку ребровые зоны сляба имеют более низкую температуру, то процесс перехода металла на широкие грани раската сопровождается образованием трещин и разрывов. После прокатки трещины расположены по кромкам листа на участках шириной, соответствующей ширине полосок перехода. В результате увеличивается норма обрези боковых кромок и, соответственно, возрастает расходный коэффициент.
Известен способ листовой прокатки (см. патент РФ №2232062), согласно которому для повышения качества готовой полосы за счет снижения числа и глубины поверхностных дефектов на ее краях используют прокатный стан, содержащий несколько универсальных черновых клетей с горизонтальными и вертикальными валками на участке черновой группы, причем каждый прокатный валок содержит цилиндрическую бочку, шейку и треф, при этом на рабочей поверхности цилиндрической бочки одной или нескольких пар вертикальных валков первых универсальных черновых клетей выполняют две или более кольцевые проточки глубиной 0,01-0,05 диаметра цилиндрической бочки валка, шириной по дну каждой проточки 0,01-0,05 длины цилиндрической бочки валка, с наклоном боковых стенок каждой проточки под углом 30-50° к оси валка, причем проточки располагают вдоль оси валка с шагом 0,1-0,3 длины цилиндрической бочки валка. Реализация данного способа позволяет уменьшить переход металла с боковых граней сляба на широкие поверхности листа.
К недостаткам известного способа относится то, что полосы, полученные в соответствии с данным способом, характеризуются наличием значительного числа поверхностных дефектов, расположенных преимущественно вблизи их боковых кромок, что негативно сказывается на качестве продукции. Это связано с тем, что, во-первых, использование вертикальных валков с кольцевыми проточками не позволяет предотвратить возможное попадание одной из проточек валка на верхний край боковой грани при изменении толщины сляба. В этом случае происходит мгновенное захолаживание формуемого данной проточкой ребра, сопровождающееся его отслоением от поверхности прокатываемой заготовки и образованием дефектов «усы», закатываемых в поверхность раската при его обжатии в последующих клетях черновой группы. Во-вторых, при последовательных обжатиях по ширине и толщине непрерывнолитого сляба происходит перетекание содержащих дефекты поверхностных слоев металла с боковых граней заготовки на ее верхнюю и нижнюю грани в зоне боковых кромок.
Известен также способ (см. патент РФ №1024127), согласно которому повышение качества поверхности листов за счет снижения поверхностных дефектов обеспечивается тем, что согласно изобретению, включающему нагрев слябов до 1100-1300°С, последующее их подстуживание при прокатке в клетях черновой и чистовой группы, подстуживание слябов начинают перед задачей в первую клеть черновой группы со скоростью охлаждения 50-200°С/сек, охлаждая поверхностные слои сляба на глубину 0,01-3,0% его толщины до достижения в них среднемассовой температуры в интервале 1000-1200°С. Это позволяет создать условия неравномерной высотной деформации слябов, способствующей завариванию несплошностей структуры приповерхностных слоев листового металла, а именно при снижении абсолютных вытяжек приповерхностных слоев относительно вытяжки центральных слоев улучшается прорабатываемость металла по сечению за счет благоприятной схемы напряженного состояния. Применение предлагаемого способа позволяет в процессе прокатки устранять внутренние несплошности структуры сляба за счет неравномерной деформации по сечению (толщине) в очаге деформаций.
Недостатком известного способа является то, что прокатка заготовки с температурным градиентом по толщине приводит к образованию наклона боковых и торцевых граней раската, в результате чего увеличивается переход металла на широкие поверхности. При этом из-за подстуживания поверхности и, в особенности, ребер заготовки, увеличивается образование трещин при переходе металла с боковых и торцевых граней на широкие поверхности.
Наиболее близким по технической сущности является способ (см. патент РФ №1696016), согласно которому для повышения качества металла путем исключения дефекта «рваная кромка» после разбивки ширины и кантовки на 90° производят проглаживание раската в горизонтальных валках, а прокатку в вертикальных валках ведут с суммарным обжатием, определяемым из расчетной формулы.
В известном способе прокатки толстых листов с катаной кромкой эффект устранения боковой обрезки, вследствие исключения нарушения сплошности боковых граней раската, достигается за счет формирования в первых после разбивки ширины проходах в вертикальных валках боковых граней прямоугольной формы. Способ позволяет предотвратить трещинообразование боковых граней и снизить расход металла с боковой обрезью.
К недостаткам известного способа относится то, что в нем не учитывается влияние степени деформации при прокатке в горизонтальных валках и коэффициента суммарной вытяжки при разбивке ширины на переход металла с боковых и торцевых граней заготовки на широкие поверхности листа.
Технический результат изобретения - уменьшение боковой обрези при производстве толстых листов за счет значительного снижения образования прикромочных трещин.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе прокатки толстых листов на реверсивном стане, включающем разбивку ширины, кантовку, прокатку в горизонтальных и вертикальных валках, согласно изобретению, прокатку проводят в горизонтальных валках в интервале толщин 300-80 мм с относительными обжатиями при соблюдении следующего соотношения:
<mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><mo>≤</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>1</mn><mi>R</mi><mi>H</mi><mi>ε</mi><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>H</mi><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow><mrow><mi>H</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>≤</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>7</mn><mn>5</mn></mrow>
,
где R - радиус рабочих валков, мм;
H - толщина листа перед обжатием, мм;
ε - относительное обжатие за проход, %;
при этом допустимый коэффициент суммарной вытяжки при разбивке ширины находится в диапазоне:
1,0<µ≤[0,0125(80+0,5h)k],
где µ=b/B - коэффициент суммарной вытяжки при разбивке ширины;
В - ширина листа до разбивки ширины, мм;
b - ширина листа после разбивки ширины, мм;
h - конечная толщина листа, мм;
k - коэффициент влияния начальной толщины сляба.
Приведенные зависимости - эмпирические и получены в результате обработки опытных данных производства толстых листов на стане «5000» горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Образование и смещение трещин от кромок листов при толстолистовой прокатке происходит в результате перехода металла с боковых и торцевых граней заготовки на широкие поверхности листа. После прокатки дефекты расположены в прикромочной зоне на участках, соответствующих ширине полосок перехода. Ширина полосок перехода зависит от деформационных параметров прокатки.
В случае выполнения вышеописанных соотношений, боковые и торцевые поверхности раската приобретают вогнутость (см. фиг.1), в результате этого снижается переход металла с боковых и торцевых граней сляба на широкие поверхности листа и, как следствие, уменьшается вероятность образования и смешения трешин от кромок.
Коэффициент вытяжки при разбивке ширины минимизируется, поскольку ширина полосок перехода увеличивается прямо пропорционально данному коэффициенту.
<mrow><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>1</mn><mi>R</mi><mi>H</mi><mi>ε</mi><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>H</mi><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow><mrow><mi>H</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo><</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>5</mn></mrow>
Если же при обжатии раската соотношение
, то это приводит к неудовлетворительной деформационной проработке раската по толщине, ухудшению микроструктуры по толщине листа и, как следствие, снижению уровня механических свойств готового проката.
<mrow><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>1</mn><mi>R</mi><mi>H</mi><mi>ε</mi><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>H</mi><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow><mrow><mi>H</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>></mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>7</mn><mn>5</mn></mrow>
Если при обжатии раската соотношение
, то боковые и торцевые поверхности раската приобретают выпуклость (см. фиг.2), в результате этого увеличивается переход металла с боковых и торцевых граней сляба на широкие поверхности листа и, как следствие, возрастает вероятность образования и смещения трещин от кромок.
Т.к. ширина полосок перехода увеличивается прямо пропорционально этому коэффициенту вытяжки µ, то в случае, если при разбивке ширины коэффициент суммарной вытяжки µ>[0,0125(80+0,5h)k], то трещины смещаются на значительное расстояние от кромок листа, а это увеличивает норму обрези, причем k=1,0 при толщине сляба более 200 мм; k=1,1 при толщине сляба менее 200 мм.
Если при разбивке ширины коэффициент суммарной вытяжки µ≤1, то увеличивается разноширинность листа и, соответственно, боковая обрезь также возрастает.
Пример осуществления способа.
Непрерывнолитую заготовку сечением 300×2600 мм из стали марки 09Г2С нагревают в методической печи до температуры 1200°С, затем на одноклетьевом реверсивном толстолистовом стане с диаметром рабочих валков 1200 мм осуществляют реверсивную прокатку заготовки до сечения конечных размеров 40×3050 мм в соответствии с технологическими параметрами (см. табл.1, табл.2).
<mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><mo>≤</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>1</mn><mi>R</mi><mi>H</mi><mi>ε</mi><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>H</mi><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow><mrow><mi>H</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>≤</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>7</mn><mn>5</mn></mrow>
В интервале толщин раската 80-300 мм относительные обжатия по проходам выбираются таким образом, чтобы выполнялось соотношение
(см. табл.1).
Определяется коэффициент вытяжки при разбивке ширины:
µ=b/B=3050/2600=1,173.
Проверяется выполнение соотношения:
1,0<µ≤[0,0125(80+0,5h)k],
[0,0125(80+0,5h)k]=0,0125×(80+0,5×40)×1,0=1,25.
Условие 1,0<µ≤[0,0125(80+0,5h)k] выполняется.
Варианты производства толстых листов, по которым, в соответствии с заявляемым способом и по прототипам, осуществлялась прокатка на стане 5000 ОАО «ММК», представлены в таблице 3. Соблюдение технологии прокатки толстых листов на реверсивных станах в соответствии с предлагаемым способом обеспечивает снижение смещения трещин от кромок листов и, следовательно, снижает расходный коэффициент и норму боковой обрези.
На основании вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипах.
Заявляемый способ может найти широкое применение на толстолистовых реверсивных станах горячей прокатки, а значит, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Таблица 1
Деформационно-термические параметры прокатки
Номер прохода
Толщина раската на входе в очаг деформации Н, мм
Относительное обжатие за проход ε, %
Температура раската Т, °С
Соотношение <maths num="5"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>1</mn><mi>R</mi><mi>H</mi><mi>ε</mi><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>H</mi><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow><mrow><mi>H</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000005.tif" he="12" wi="41" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
1
300,00
12,0
1058
0,52
264,00
14,0
1032
0,60
3
227,04
14,0
1028
0,65
4
195,25
15,0
1023
0,73
5
165,96
13,0
1020
0,73
6
144,38
12,0
1018
0,75
7
127,05
10,0
1016
0,72
8
114,34
9,0
905
0,72
9
104,05
9,0
904
0,75
10
94,68
8,0
903
0,74
11
87,10
7,5
901
0,75
12
80,50
7,0
897
0,75
13
74,86
10,0
896
не учитывается
14
67,37
14,0
895
не учитывается
15
57,94
16,0
888
не учитывается
16
48,67
15,0
868
не учитывается
17
40,00
17,8
847
не учитывается
Таблица 2
Деформационно-термические параметры прокатки
Номер прохода
Ширина раската В после прохода, мм
Длина раската L после прохода, мм
Коэффициент вытяжки µ при разбивке ширины
0
2600
2600
-
1
2600
2955
-
2*
2955
3050
1,13
3
3050
2980
-
4
3050
3465
-
5
3050
4076
-
6
3050
4686
-
7
3050
5325
-
8
3050
5917
-
9
3050
6502
-
10
3050
7145
-
11
3050
7767
-
12
3050
8404
-
13
3050
9037
-
14
3050
10042
-
15
3050
11677
-
16
3050
13901
-
17
3050
16914
-
Примечание:<sup>*</sup> разбивка ширины
Таблица 3
Режимы прокатки по известным и предлагаемому способам
Способ производства<sup>*</sup>
Температура центральных слоев металла, °С
Температура поверхностных слоев металла (0,01-3,0% толщины сляба), °С
Обжатие в вертикальных валках, <maths num="6"><math display="block"><mrow><mi>Δ</mi><mi>B</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>H</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>3</mn><mo>.</mo><mn>2</mn><mn>7</mn><mfrac><mrow><mi>L</mi><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><mi>H</mi><mi>c</mi><msub><mi>c</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>6</mn><mn>5</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow></math><img file="00000006.tif" he="14" wi="58" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
мм
Соотношение <maths num="7"><math display="block"><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><mo>≤</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>1</mn><mi>R</mi><mi>H</mi><mi>ε</mi><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>H</mi><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow><mrow><mi>H</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0</mn><mn>0</mn><mn>5</mn><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>≤</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>7</mn><mn>5</mn></mrow></math><img file="00000007.tif" he="9" wi="62" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
(толщина раската в диапазоне 300-80 мм)
Коэффициент вытяжки при разбивке ширины, µ
Расстояние от кромок листа до прикромочных трещин, мм
Предлагаемый
воздействие не оказывается
нет
выполняется
1,13
30-40
По способу-аналогу 2
1180
1080
нет
нет
1,42
40-80
По способу-прототипу
воздействие не оказывается
выполняется
нет
1,13
30-60
<sup>*</sup>Отсутствует техническая возможность проведения экспериментальной прокатки по способу-аналогу 1