СИСТЕМА КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ
ROLL PASS DESIGN SYSTEM

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на сортопрокатных станах при получении профильного проката круглого сечения из непрерывнолитых труднодеформируемых сталей специального назначения.
Известна система калибровки валков типа овал-круг для прокатки круглых профилей, согласно которой отношение площади на просвет круглого калибра, предшествующего предчистовому, к площади предчистового (вытяжка в предчистовом калибре) составляет 1,18-1,30, а отношение площадей на просвет овального предчистового и круглого чистового калибра (вытяжка в чистовом калибре) составляет 1,20-1,35 [1].
Недостатки известной системы калибровки валков состоят в том, что она не пригодна для прокатки круглых профилей из труднодеформируемых непрерывнолитых сталей, так как при прокатке в деформируемой полосе возникают трещины и разрывы.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является система калибровки валков, включающая последовательное чередование овальных и ребровых овальных калибров, а также круглый чистовой калибр, в которой средние по величине вытяжки составляют 1,2-1,5 [2].
Недостатки данной системы калибровки состоят в том, что в ней не регламентировано соотношение длин осей овалов, которое предопределяет степень проработки структуры металла и равномерность деформации полосы. Это приводит к появлению трещин и разрывов в полосе при прокатке круглых профилей из непрерывнолитых труднодеформируемых сталей.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в исключении образования трещин и разрывов в полосе.
Для решения поставленной технической задачи в известной системе калибровки валков для прокатки круглых профилей из непрерывнолитых труднодеформируемых сталей, включающей последовательное чередование овальных и ребровых овальных калибров, а также круглый чистовой калибр, согласно предложению, овальные калибры выполнены с соотношением длин осей 2,0-2,5, ребровые овальные калибры, кроме предчистового, выполнены с соотношением длин осей овала 1,1-1,3, а предчистовой ребровой овальный калибр - с соотношением длин осей 3,0-3,5, при этом отношение площади на просвет предшествующего ребрового овального калибра к площади овального калибра составляет 1,30-1,45, а отношение площади предшествующего овального калибра к площади ребрового овального калибра составляет 1,20-1,30.
В варианте реализации способа противолежащие радиусы закруглений ребрового овала предчистового калибра на его длинной оси равны радиусу чистового круглого калибра.
На фигуре цифрами обозначены номера калибров валков последних пяти клетей чистовой группы сортопрокатного стана: калибр 1 и калибр 3 - овальные; калибр 2 и калибр 4 - ребровые овальные; калибр 5 - круглый чистовой.
o
o
r
r
Сущность изобретения состоит в следующем. Система калибровки валков «овал-ребровой овал» формирует плавные переходы в элементах поперечного сечения прокатываемой полосы, и обеспечивает распространение пластической деформации по всему ее сечению, что способствует интенсивной проработке изначально литой микроструктуры. За счет того, что в паре смежных калибров «овальный калибр - ребровой овальный калибр» овальный калибр выполнен с соотношением длин осей А:В=2,0-2,5, а ребровой овальный калибр с соотношением длин осей овала А:В=1,1-1,3 (см. Фиг.), неравномерность деформации, которую полоса приобрела в овальном калибре, компенсируется неравномерностью деформации, приобретенной в последующем ребровом овальном калибре. Благодаря этому после деформации в такой паре калибров металл суммарно претерпевает равномерную деформацию по всему поперечному сечению, накопления неравномерности деформации не происходит, и при последующем обжатии в овальном калибре трещины и разрывы не возникают.
o
r
Однако достижение полной равномерности деформации по сечению прокатываемой заготовки после двух проходов в паре «овальный калибр - ребровой овальный калибр» достигается при регламентированном коэффициенте вытяжки в овальных калибрах λ=1,30-1,45, и в последующих ребровых овальных калибрах λ=1,20-1,30, что соответствует отношению площадей на просвет предшествующего ребрового овального калибра и овального калибра, равного 1,30-1,45, а ребрового овального калибра и предшествующего овального калибра - равного 1,20-1,30.
В процессе прокатки круглого профиля происходит непрерывное охлаждение металла. Поэтому если в предчистовом ребровом овальном калибре 4 соотношение длин осей составляет 3,0-3,5, то последующее обжатие в круглом чистовом калибре сопровождается диабатическим деформационным разогревом металла и повышением его технологической пластичности. Причем поскольку радиусы закруглений R ребрового овала предчистового калибра 4 на его длинной оси равны радиусу R чистового круглого калибра 5, указанные радиусные контактные участки поверхности полосы, уже сформированные в предчистовом калибре 4, в чистовом круглом калибре 5 не подвержены деформированию. Поэтому, несмотря на более низкую их температуру, исключается образование трещин и разрывов.
Экспериментально установлено, что если соотношение длин осей в овальных калибрах будет менее 2,0, а соотношение длин осей в ребровом овальном калибре будет более 1,3, возрастает неравномерность накопленной деформации по сечению и не исключено появление на прокатываемой полосе трещин. В то же время, увеличение соотношения длин осей в овальных калибрах более 2,5 и длин осей в ребровом овальном калибре менее 1,1 также ведет к накоплению неравномерности деформации по сечению и образованию разрывов.
При отношении площади на просвет предшествующего ребрового овального калибра к площади на просвет последующего овального калибра менее 1,30 ухудшается проработка литой структуры осевой части полосы, что является причиной внутренних разрывов. Увеличение отношений указанных площадей более 1,45 приводит к появлению разрывов на поверхности вследствие неравномерности вытяжек по сечению.
При отношении площади на просвет овального калибра к площади на просвет последующего ребрового овального калибра более чем 1,3 возникают трещины на поверхности полосы, а при указанном отношении площадей менее, чем 1,2 - внутренние разрывы полосы.
При соотношении длин осей овала предчистового калибра более 3,5 в чистовом круглом калибре возможно возникновение трещин на полосе. При соотношении длин осей менее 3,0 на готовых прутках из труднодеформируемых сталей имеет место невыполнение круглого профиля и трещины, что недопустимо.
Увеличение радиуса закругления ребрового овала более радиуса R чистового калибра, как и снижение его, ведет к образованию трещин на поверхности готового профиля.
Параметры системы калибровки валков
На горизонтальных и вертикальных валках клетей 1-4 чистовой группы сортопрокатного стана 250 с помощью токарной обработки выполняют ручьи, которые при установке в клеть образуют систему вытяжных калибров «овал-ребровой овал».
o1
o1
1
1
o1
o1
Длины осей овального калибра 1 составляют: A=66,0 мм, В=29,3 мм (здесь и далее цифровой нижний индекс у буквы соответствует номеру калибра). Отношение L длин осей овала калибра 1 равно: L=A:B=66 мм: 29,3 мм=2,25.
1
1
r2
r2
2
r2
r2
2
Площадь на просвет овального калибра 1 выполнена равной S=739,37 мм, а отношение площади на просвет данного овального калибра к площади на просвет предыдущего ребрового овального калибра составляет λ=1,37. Длины осей ребрового овального калибра 2 составляют: А=54 мм, В=45 мм. Отношение длин осей овала калибра 2 равно: L=А:В=54 мм:45 мм=1,20.
2
1
2
2
Площадь на просвет овального калибра 2 выполнена равной S=591,5 мм. Отношение площади на просвет предыдущего овального калибра S к площади на просвет данного ребрового овального калибра S равно:
2
1
2
2
2
λ=S:S=739,37 мм:591,5 мм=1,25.
o3
o3
3
o3
o3
Длины осей овального калибра 3 составляют: А=48 мм, В=21 мм. Отношение длин осей овала калибра 3 равно: L=А:В=48 мм:21 мм=2,29.
3
2
3
2
Площадь на просвет овального калибра 3 выполнена равной S=431,75 мм. Отношение площади на просвет предыдущего ребрового овального калибра S к площади на просвет данного овального калибра S равно:
3
2
3
2
2
λ=S:S=591,5 мм:431,75 мм-1,37.
r4
r4
Длины осей предчистового ребрового овального калибра 4 составляют: А=42 мм B=12,5 мм. Отношение длин осей овала калибра 4 равно:
4
r4
r4
L=А:B=40 мм:12,5 мм=3,20.
Противолежащие радиусы R закруглений ребрового овала предчистового калибра на его длинной оси равны радиусу R=10 мм чистового круглого калибра 5.
4
3
4
Площадь на просвет предчистового ребрового овального калибра 4 выполнена равной S=345,4 мм. Отношение площади на просвет предыдущего овального калибра S к площади на просвет предчистового ребрового овального калибра S равно:
4
3
4
2
2
λ=S:S=431,75 мм:345,4 мм=1,25.
Ручьи верхнего и нижнего валков 5-й клети выполнены по радиусу R=10 мм и образуют круглый чистовой калибр.
0
2
Устройство работает следующим образом. Непрерывнолитые заготовки квадратного сечения 80×80 мм из труднодеформируемой стали марки 31Х19Н9МВБТ нагревают в методической печи с газовым отоплением до температуры t=1280°С и подают к черновым клетям сортопрокатного стана 250, где производят их обжатие в ящичных вытяжных и ребровом овальном калибре в полосу овального сечения площадью S=1012,94 мм.
1
1
1
2
После выхода из ребрового овального калибра с вертикальными валками полосу задают горизонтальную клеть чистовой группы с овальным калибром 1 (см. Фиг.) с соотношением длин осей овала L=2,25 и площадью на просвет S=739,37 мм, где производят ее прокатку с вытяжкой λ=1,37. Благодаря регламентированному соотношению длин осей овала и отношению площадей смежных калибров, равному вытяжке полосы, достигается механическое измельчение исходно литой микроструктуры.
2
2
Затем полосу задают в ребровой овальный калибр 2 вертикальной клети и обжимают с вытяжкой λ=1,25. При соотношении длин осей овала L=1,20 достигается выравнивание по сечению суммарной накопленной деформации, полученной после проходов в калибрах 1 и 2.
3
Выходящая из ребрового овального калибра 2 полоса поступает в овальный калибр 3. Поскольку на входе в этот калибр суммарная накопленная деформация по сечению полосы равномерна, трещин и разрывов в полосе из труднодеформируемой стали при обжатии с вытяжкой λ=1,37 не происходит.
4
4
Неравномерно деформированную полосу задают в ребровой овальный калибр 4 вертикальной клети, где обжимают с вытяжкой λ=1,25. За счет того, что отношение длин осей овала калибра 4 составляет L=3,20, разница вытяжек по сечению полосы не приводит к появлению трещин и разрывов, но имеет место интенсивный адиабатический (деформационный) разогрев металла в очаге деформации. При этом на противолежащих сторонах длинной оси поперечного овального сечения полосы формируются закругления с радиусами R=10 мм.
4
5
Подогретая за счет тепла деформации овальная полоса поступает в горизонтальную клеть с круглым чистовым калибром 5 с радиусрм R=10 мм. Поскольку в предыдущем ребровом калибре 4 отношение длин осей овальной полосы сформировано равным L=3,20, обжатие по высоте обеспечивает вытяжку полосы λ=1,1 при полном заполнении чистового калибра. Выходящая из круглого чистового калибра 5 готовая полоса диаметром 20 мм не имеет трещин и разрывов.
В таблице приведены варианты выполнения системы калибровки валков и их эффективность.
Таблица
Параметры калибров чистовой группы клетей
№п/п
Овальные калибры
Ребровые овальные калибры
Предчистовой калибр
Дефекты полосы
L
λ
L
λ
L
λ
Радиус
1.
1,9
1,29
1,0
1,10
2,9
1,19
0,9·R
трещины
2.
2,0
1,30
1,1
1,20
3,0
1,20
R
отсутств.
3.
2,25
1,37
1,2
1,25
3,25
1,25
R
отсутств.
4.
2,5
1,45
1,3
1,30
3,5
1,30
R
отсутств.
5.
2,6
1,50
1,4
1,32
3,6
1,35
1,1·R
трещины,
разрывы
Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенной системы калибровки (варианты 2-4) исключается образование трещин и разрывов при прокатке полос из непрерывнолитых труднодеформируемых сталей. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5) на прокатанных полосах имеются трещины и разрывы. Также трещины и разрывы образуются на полосах из непрерывнолитых труднодеформируемых сталей, прокатанных с использованием известной системы калибровки валков [2].
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что при его реализации достигается диспергирование микроструктуры непрерывнолитых труднодеформируемых сталей и высокая равномерность накопленной деформации после каждой пары смежных проходов «овальный калибр - ребровой овальный калибр». Наличие в предчистовом овальном калибре закруглений по радиусам, равным радиусу чистового круглого калибра, способствует исключению образования трещин и разрывов на поверхности полосы, охлажденной при контактном взаимодействии с валками.
В качестве базового объекта при расчете экономической эффективности предложенной системы калибровки принята известная система калибровки [2]. Использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства профилей круглого сечения из непрерывнолитых труднодеформируемых сталей специального назначения за счет увеличения выхода годной металлопродукции на 15-20%.
Литературные источники
1. Патент РФ №2237529, МПК В21В 1/02, 2004 г.;
2. Мастерков В.А., Берковский B.C. Теория пластической деформации и обработка металлов давлением. М.: Металлургия, 1989, с.224-227.