Способ правки стального проката
METHOD FOR LEVELLING STEEL ROLLED STOCK

Изобретение относится к области прокатного производства, а именно к правке стальных листов на роликовых листоправильных машинах путем многократного знакопеременного изгиба и может быть использовано для правки листового проката стали толщиной 4 до 16 мм, используемого для лазерной резкой.
Известно, что после горячей прокатки стальные листы деформируются при охлаждении из-за остаточных напряжений и имеют поверхностные дефекты в холодном состоянии (например, коробоватость, волнистость, конусность и др.). Чтобы исправить такие дефекты осуществляют обработку стальные листы правят в многороликовых листоправильных машинах, за счет оптимальных обжатий рабочими роликами в листоправильной машине таким образом, чтобы лист на выходе из машины имел минимальные остаточные напряжения и ровность листа.
На сегодняшний день лазерная резка является из самых перспективных направлений обработки материалов. Обработка лазерной резкой позволяет получать изделия любой конфигурации с точностью до 0,1 мм. Существуют определённые требования к материалам, которые используются для лазерной резки:
- отсутствие каких-либо дефектов (трещин, заломов, коррозии);
- максимальное значение прогиба листа при длине 2500 мм составляет 40 мм;
- у заготовок должны быть технологические поля - минимум по 10 мм с каждой стороны;
- величина отклонения от плоскостности - максимум 5 мм/на метр.
- исключение дефектов планшетности (ровности поверхности) листов.
Все это способствует уменьшению трудоемкости в процессе лазерной резки и обеспечивает отличную обрабатываемость.
Для получения необходимой ровности поверхности листовой прокат стали должен хорошо проработан по толщине, в области пластических деформаций.
В качестве критерия планшетности принимается постоянство относительной поперечной разнотолщинности полосы по ширине очага деформации на входе и выходе из листоправльной машины.
Процесс нарушения планшетности связывают с превышением остаточных напряжений сжатия на переднем конце листа.
Дефекты планшетности являются следствием неравномерности распределения коэффициента вытяжки по ширине очага деформации, или (без учета поперечной деформации) различия относительной поперечной разнотолщинности на входе и выходе листового проката из листоправильной машины.
В основе существующей теории планшетности лежат следующие основные положения и допущения.
Относительная неравномерность продольной деформации среднего и краевых участков листового металла находятся в упругой области.
Деформация металла в очаге деформации - пластическая, а на свободных участках за роликами - упругая.
Неравномерность вытяжки по ширине очага деформации при холодной прокатке приводит к появлению внутренних растягивающих и сжимающих остаточных напряжений, взаимоуравновешенных по ширине.
Наибольшее нарушения планшетности обнаруживается на переднем и заднем концах листового проката.
Выходящий из-под роликов листоправильной машины конец листа стали может изгибаться в вертикальной или горизонтальной плоскости, а также поворачиваться относительно оси прокатки, нарушая прямолинейную форму. Задний конец листа на выходе также может поворачиваться вокруг оси прокатки, как жесткое тело.
При прокатке листового металла с перекосом роликов в вертикальной плоскости иногда наблюдается изгиб листа в горизонтальной плоскости (серповидность). Изгиб листа на выходе из-под роликов, как правило, сопровождается поворотом заднего конца листа в горизонтальной плоскости. При этом может наблюдаться смещение всего листа в сторону более широкой щели.
Заявленный способ позволяет получить вышеуказанные недостатки листового проката на выходе из листоправильной машины и получить отличную ровность поверхности листового проката стали с отсутствием внутренних напряжений, за счет проработки 90% толщины листа в области пластических деформаций, что дает возможность получить величину отклонения обработанного листа от плоскостности - максимум 2 мм/на метр.
Правка на роликовых листоправильных машинах представляет собой процесс многократного знакопеременного изгиба при напряжениях, превосходящих предел текучести стали. Лист выпрямляется остаточной деформацией, образуемой многократным знакопеременным изгибом при прохождении листа между роликами. Но при неправильных настройках оборудования можно получить остаточные деформации после правки листового проката, так как лист стали очень нестабилен в химическом и физическом смысле, что может негативно сказаться на характеристиках его планшетности (ровности поверхности).
Из уровня техники, из патента SU 1936125 (приоритет от 15.01.1975) известен способ правки листовых сталей мартенситового класса включающий операции нагрева, охлаждения и знакопеременного перегиба, отличающийся тем, что, с целью повышения качества правки, листы перегибают роликами в интервале температур Мн-Мк при содержании мартенсита не более 30%.
Недостатком известного способа является низкое качество листов из-за наличия остаточной кривизны и наличия чрезмерных остаточных напряжений, по причине недостаточной проработки листа по толщине в области пластических деформаций.
Из патента SU 1690887 (приоритет от 15.11.1991) известен способ правки листового проката, заключающийся в том, что правку осуществляют путем знакопеременного упругопластического изгиба между роликами, с растяжением, за счет разности окружных скоростей роликов входной и выходной секций, где окружные скорости роликов выбирают исходя из математической зависимости.
Недостатками такого способа правки является то, что, во-первых, осуществление способа возможно только для листов от 14 до 18 мм и не применим для стального проката, с меньшей толщиной, во-вторых, стальной прокат в результате растяжения сохраняет остаточные деформации, а рабочие ролики входной и выходной секций подвергаются износу, что также приводит к увеличению изгибных деформаций и ухудшает ровность поверхности листа.
Из патента SU 263553 для исключения полос для обработки листового проката используют листоправильную машину, с шахматным расположением опорных роликов. Однако это изобретение не решает задачу улучшения планшетности (ровности поверхности) листа стали, что приводит к отклонению ровности поверхности листа, как со стороны передней части листа, так и с задней его стороны.
Из уровня техники, известен способ правки тонкой стальной полосы на пятнадцатироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate (URL: https://moluch.ru/archive/90/18463/, Шинкин, В.Н. Расчет технологических параметров правки тонкой стальной полосы на пятнадцатироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. - 2015. - №10 (90). - С. 361-366), в котором для исключения остаточных напряжений и уменьшения кривизны поверхности листа предложен математический метод определения оптимальных технологических параметров. Для этой цели математически рассчитывается величина обжатия срединной поверхности стального листа для каждого верхнего рабочего ролика.
Недостатком такого способа является излишняя сложность и рутинность математических расчетов, при этом в цели способа не входит улучшение плоскостности листового проката стали настолько, чтобы ровность поверхности листа позволяла использовать его для обработки лазерной резкой.
Из уровня техники известен способ правки листового металла (http://www.stroitelstvo-new.ru/zhestyanye-raboty/pravka-listovogo-metalla-3.shtml). Листоправильная машина имеет семнадцать горизонтальных валков (роликов), расположенных в шахматном порядке в два ряда: восемь валков сверху и девять снизу.
Верхние рабочие ролики поддерживаются верхними опорными роликами, закрепленными в верхней траверсе. Нижние рабочие ролики, в свою очередь, поддерживаются нижними опорными роликами, закрепленными в нижней траверсе. Вращение роликам передается от электродвигателя через редукторы. Валки вращаются со скоростью 9 м/мин. Диаметр рабочих роликов 46 мм. Прежде чем приступить к правке на листоправильном станке, ролики устанавливают на толщину листа, подлежащего правке. После установки листа между верхними и нижними роликами ролики регулируют окончательно.
Ролики должны быть установлены и отрегулированы таким образом, чтобы они не были слишком плотно прижаты друг к другу. Ролики должны быть гладкими, без забоин и других повреждений.
При правке на листоправильной машине лист пропускается между роликами таким образом, что получает между нижними и верхними рабочими роликами ряд знакопеременных упругопластических изгибов, а следовательно, подвергается местной вытяжке, в результате чего выпрямляется. После правки на поверхности листа не должно оставаться вмятин и забоин.
Способ применяется для правки листов неограниченной длины, толщиной от 0,5 до 2 мм и шириной до 1100 мм.
Недостатком такого способа является, наличие остаточных деформаций, в связи с недостаточной проработкой листа по толщине в зоне пластических деформаций, что приводит к плохой ровности поверхности стального проката. Во-вторых, этот способ позволяет осуществлять правку только тонколистового толщиной от 0,5 до 2 мм и шириной до 1100 мм. Такой способ правки не применим для толстолистового проката.
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является способ правки стального толстолистового проката, известный из патента RU 2294806 (приоритет от 28.07.2004 г.)
Способ правки включает деформирование листов многократным знакопеременным изгибом при регламентированной температуре. Деформирование листов ведут между двумя рядами роликов при температуре не выше 700°С, диаметре роликов не более 500 мм и числе изгибов не менее 3. В частном случае листы из углеродистых марок стали правят за два этапа. Правку листов на первом этапе производят со степенью деформации 10…15% при температуре 600…700°С и с диаметром роликов не более 300 мм, а правку на втором этапе ведут со степенью деформации 1,0…3,0% при температуре 300…600°С и с диаметром роликов не более 400 мм. В другом частном случае правку листов из низколегированных марок стали осуществляют за два этапа, на первом этапе со степенью деформации 10…15% при температуре 500…600°С и с диаметром роликов не более 300 мм, а правку на втором этапе - со степенью деформации 1,0…3,0% при температуре 400…500°С и с диаметром роликов не более 400 мм. Достигается повышение качества и выхода годного толстолистового проката.
Недостатком такого способа правки является то, что правку осуществляют как минимум в два прохода на двух листоправильных машинах с разным диаметром рабочих роликов. При этом реализация такого способа правки в частном случае его выполнения была показана только для листового проката толщиной 14 мм и проката с толщиной от 40 до 80 мм (см. примеры), при этом никаких данных для листого проката с толщиной в диапазоне 4÷15 мм не предоставлено.
Другим недостатком является то, что правку осуществляют в строго определенном температурном режиме, контроль которого осуществляют на каждом этапе правки, а именно температура 600÷700°С на первом проходе и 300÷600°С на втором проходе, что приводит к большой энерго- и трудо-затратности способа.
При этом при температуре правки выше 500°С выправленные листы в процессе охлаждения часто теряют плоскую форму, в связи с чем необходимы дополнительные операции по сохранению ровности поверхности листа.
Задачи заявленного способа направлены на решение недостатков ближайшего аналога.
Техническим результатом заявленного способа является получение после правки листового проката конструкционной стали, толщина которой находится в диапазоне 4÷16 мм, характеристики планшетности (ровности поверхности), позволяют обработки использовать ее для лазерной резкой, с уменьшением энерго- и трудозатратности способа, за счет проработки 90% толщины листа в области пластических деформаций в один проход и уменьшения температуры правки максимально до 70°С.
Проработку листа по толщине осуществляют не за счет регулировки и контроля температурного режима, а за счет построения определенной линии знакопеременных изгибов в листоправильной машине, с учетом дельты величины зазора между нижними и верхними рабочими роликами на входе и выходе из листоправильной машины.
В связи с тем, что при температуре правки выше 500°С выправленные листы стали в процессе охлаждения часто теряют плоскую форму, что приводит к необходимости дополнительные проходов для выравнивания поверхности листа, в заявленном изобретении правку осуществляют при температуре не выше 70°С, решая таким образом эту проблему.
В общем виде в одном варианте заявленное изобретение представляет собой способ правки в листоправильной машине проката конструкционной стали с толщиной 5÷16 мм и с пределом текучести в диапазоне значений 350÷700 МПа, для получения хорошей ровности поверхности, допустимой для лазерной резки, включающий деформирование листов многократным знакопеременным изгибом при регламентированной температуре деформирование листов ведут между двумя рядами роликов и числе изгибов не менее трех, отличающееся тем, что правку осуществляют при температуре не выше 70°С, при диаметре рабочих роликов не более 180 мм, с количеством изгибов не менее пяти, диаметром рабочих роликов не более 180 мм и скоростью вращения рабочих роликов не выше 40 м/мин, а дельта величины зазора между нижними и верхними рабочими роликами на входе и выходе из листоправильной машины находится в пределах 4÷7 мм, причем многократные знакопеременные изгибы, являются неравномерными и получены регулировкой по оси ординат нижних опорных роликов, расположенных под рабочими роликами по длине, по оси ординат декартовой системы координат таким образом, что координаты нижних опорных роликов, находящихся ближе к входу и выходу из листоправильной машины, имеют в отрицательное или нулевое значение по оси ординат в диапазоне значений 0÷-0,8, а координаты нижних опорных роликов, находящихся в средней части имеют положительное или нулевое значение по оси ординат, в диапазоне значений 0÷1,5, при этом, если все нижние опорные ролики кроме центрального имеют нулевое значение по оси ординат, то координата центрального нижнего опорного ролика должна иметь положительное значение по оси ординат, в диапазоне значений 0,2÷0,5.
В другом варианте заявленное изобретение представляет собой способ правки в листоправильной машине проката конструкционной стали с толщиной до 4 мм включительно и с пределом текучести 350 мПа, для получения хорошей ровности поверхности, допустимой для лазерной резки, включающий деформирование листов многократным знакопеременным изгибом при регламентированной температуре, деформирование листов ведут между двумя рядами роликов и числе изгибов не менее трех, отличающееся тем, что правку осуществляют при температуре не выше 70°С, при диаметре рабочих роликов не более 180 мм, с количеством изгибов не менее семи, диаметром рабочих роликов не более 70 мм и скоростью вращения рабочих роликов не выше 40 м/мин, дельта величины зазора между нижними и верхними рабочими роликами на входе и выходе из листоправильной машины должна быть в пределах 1÷3 мм, причем многократные знакопеременные изгибы, являются неравномерными и получены регулировкой по оси ординат нижних опорных роликов, расположенных под рабочими роликами по длине, по оси ординат декартовой системы координат таким образом, что координаты нижних опорных роликов, находящихся ближе к входу и выходу из листоправильной машины, имеют в отрицательное значение по оси ординат в диапазоне -0,2÷-0,6, координата центрального опорного ролика по оси ординат имеет в отрицательное значение, в диапазоне -0,2÷-0,5, координаты нижних опорных роликов, находящихся рядом с центральным роликом находятся в диапазоне положительных значений 0,4÷0,8 по оси ординат.
Таким образом, применение заявленного способа правки, предложенного в двух вариантах, обеспечивает достижение заявленного технического результата.
Готовый прокат имеет геометрически правильную форму и размеры, соответствующие требованиям нормативной документации.
Правка толстолистового проката стали имеет своей целью обеспечение плоскостности и прямолинейности готового проката, согласно требованиям, необходимым для обработки лазерной резкой.
Правка толстолистового проката заключается в его многократном знакопеременном упруго-пластическом изгибе в процессе прохождения между вращающимися роликами, расположенными в шахматном порядке. Пластическая деформация при стандартных вариантах правки обычно охватывает только поверхностные слои металла - (10…35)% его толщины. При движении лист многократно изгибается и в нем появляются упругопластические деформации, которые растягивают лист и устраняют его неровности.
Степень изгиба проката при правке определяется величиной зазора между нижними и верхними рабочими валками, зависящего от марки стали, ее пластичности, предела текучести, толщины, соотношения длины и ширины листа. При температуре правки выше 500°С выправленные листы в процессе охлаждения теряют плоскую форму. Правка толстолистового проката стали в заявленном изобретении осуществляется при температуре не выше 70°С.
Было установлено, что разница (дельта) величины зазора между нижними и верхними рабочими валками на входе и выходе из листоправильной машины должна быть в пределах 4÷7 мм при толщине стали 5÷12 мм и 1÷3 мм при толщине стали до 4 мм. Одновременно с этим осуществляют регулировку нижних опорных роликов по оси ординат в отрицательных или нулевых значениях, это обеспечивает проработку 90% толщины листа в области пластических деформаций, и дает в результате ровность поверхности, с величиной отклонения от плоскостности - максимум 2 мм, допустимой для лазерной резки. При этом во внутренних слоях проката напряжения от изгиба не достигают величины предела текучести, которая у каждой марки стали своя.
В зависимости от выбранного режима, в случае необходимости, если большая часть нижних опорных роликов должна находиться в нулевых значениях, по меньшей мере один из нижних опорных роликов, находящихся ближе к середине, должен находиться в области положительных значений по оси ординат, но не выше координат 1.
Такие условия способствуют правки толстолистового проката за один проход.
При деформировании листов знакопеременным изгибом при числе изгибов не менее пяти и не более семи, при регулировке соответствующим образом нижних роликов и регулировке дельты на входе и выходе из листоправильной машины в зависимости от толщины листа, как показали опытные данные, удается полностью устранить неплоскостность листа. Причем условия правки, согласно заявленных вариантов способа, не приводит к структурным превращениям и не снижают прочностные и пластические свойства стали.
Число изгибов, которое необходимо для получения требуемой плоскостности листа толщиной 4-12 мм, варьируется в диапазоне от 5 до 7. При этом правку осуществляют в ЛПМ-1 в листоправильной машине (ЛПМ-1) с 13 рабочих роликов, диаметром 180 мм и 5 нижними опорными роликами, с использованием пяти последовательных знакопеременных изгибов.
При этом для более тонкого проката с толщиной до 4 мм правку наиболее целесообразно осуществлять в листоправильной машине (ЛПМ-2) с 17 рабочими роликами диаметром 70 мм и 7 нижними опорными роликами, с использованием семи последовательных знакопеременных изгибов.
Частные случаи реализации заявленного способа проиллюстрированы в таблице 1, где правка осуществлена в листоправильной машине ЛПМ-1:
Δвв - (дельта) разница величины зазора между нижними и верхними рабочими роликами на входе и выходе из листоправильной машины (мм).
Y1÷Y5 - диапазон координаты по оси ординат для каждого из нижних опорных роликов, с началом нумерации для каждого нижнего опорного ролика со стороны привода. При выборе диапазона координат для Y1÷Y5 учитывались Δвв и предел текучести стали для каждого конкретном случая.
В столбце марка стали указаны конструкционные марки стали (S), в соответствии с численным значением предела текучести для каждой конкретной марки, указанного возле буквенного обозначения.
Из таблицы 1 следует, что при реализации первого варианта предложенного способа правки листового проката с толщиной от 5 мм до 12 мм достигается оптимальная планшетность (ровность поверхности) листов, с отклонением от плоскостности - максимум 2 мм на метр, что позволяет использовать прокат для лазерной резки.
Для проверки отклонения от плоскостности листовой прокат после обработки на листоправильной машине кладут на плоскую поверхность. Отклонением от плоскостности считается наибольшее расстояние между листом и прямой линейкой длиной от 1000 до 2000 мм, которая может быть уложена в любом направлении. В расчет принимается только часть листа, расположенная между двумя точками соприкосновения линейки с листом. Отклонения от плоскостности измеряются на расстоянии не менее 24 мм от продольных кромок и на расстоянии, а от концов листа, равном не менее 200 мм (для стандартных допусков отклонений от плоскостности) или не менее 100 мм (для ограниченных допусков отклонений от плоскостности).
В таблице 2 проиллюстрированы результаты правки тонколистового проката с толщиной 4 мм в листоправильной машине ЛПМ-2.
Из таблицы 2 следует, что при реализации второго варианта предложенного способа правки листового проката с толщиной до 4 мм включительно достигается оптимальная планшетность (ровность поверхности) листов, с отклонением от плоскостности - максимум 2 мм на метр, что позволяет использовать такой прокат для лазерной резки.
Таким образом данные, приведенные в табл. 1 и 2, подтверждают реализацию заявленного изобретения для толстолистового проката толщиной 4-12 мм.
Таблица 2
Результаты правки тонколистового проката с толщиной 4 мм
Марка стали
Размер
Настройки ЛПМ 1
Положение опорных роликов в ЛПМ-2
Планшетность мм/на метр
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
(диаметр роликов) Δ<sub>вв, </sub>мм
S355
4,0*1500
(70) 1,0÷2,0
-0,2÷-0,6
-0,2÷-0,6
0,4÷0,8
-0,2÷-0,5
0,4÷0,8
-0,2÷-0,6
-0,2÷-0,6
0÷2 мм/на метр