Способ прокатки листового материала
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЮТЕЛЬСТВУ о>784961 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 11.12.78 (2f) 2707175/25-27 (51)М К 3 с присоедииением заявки Йо
В 21 В 3/00
В 23 P 3/06
Государственный комитет
СССР, но делам изобретений н открытий (23) Приоритет
Опубликовано 07,1280. Бюллетень ЙР 45 (53) УДК 621.771. .8(088.8) Дата опубликования описания 09.12.80 (72) Автор изобретения
Г. Л. Кусакнн (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОКАТКИ ЛИСТОВОГО MATEPHAJIA
Изобретение относится к про,изводству листового проката и может быть использовано в линиях прокатных станов и агрегатов отделки.
Известен способ прокатки листового материала, включающий в себя об.жатие заготовки в.рабочих валках с большой разницей в диаметрах под натяжением, который предусматривает получение плоского материала без об- .1О разования складок, образующихся в ре- зультате "бокового движения элементов" листового материала (1). При этом. полагают, что такие движения элементов листового материала возникают f5 благодаря несоблюдению равенства вытяжек заготовки по ширине. Исключение,, этого явления достйгается путем обеспечения равномерного погонного давления по длине бочки рабочего вал- 2Î, ка малого диаметра.
В этбм способе ие учитывается явление неравномерного развития деформации заготовки по толщине. Однако . именно это явление в случае прокат- 25 ки материала в валках с большей разницей в диаметрах, главным образом, и определят эффект образования складок в результате пластической потери устойчивости, наступление которой 30! определяется сочетанием целого ряда параметров процесса, определяющих картину внутренних напряжений материала в очаге деформации. Таким образом, этот способ прокатки не позволяет воздействовать на эффект возникновения складок или управлять;им существенным образом с целью их исключения. Следовательно, в большинстве случаев, этот способ не обеспечивает получение плоскбго листового материала при прокатке в валках с большой разницей в диаметрах, ко- торая вследствие своей эффективности получает все большее распространение при производстве листового материала из сплавов с различными механическими свойствами, в частности из высокоттрочных сплавов.
В то же время вопрос исключения складок тонкого листового материала приобретает особую остроту при производстве биметаллического материала с различными свойствами слоев, который дополнительно подвержен действию внутренних напряжений, образующих изгибающий момент. Особенно важно это для рассматриваемого случая несимметричной прокатки термобиметалла, имеющего после предшествующей хо784961 лодной прокатки на высокой скорости
"значительные внутренние термонапряЖей> я-между слоями, которые увеличивают вероятность появления складок. то естественно не позволяет повы ить производительность процесса про катки и приводит к снижению качества обрабатываемого биметаллического материала путем несимметричной прокатки при переходе от одной марки материала к другой, требующих соответствующего свойствам материала в каждом случае н согласованного с ними изменения параметров процесса.
Цель изобретения — обеспечение возможности прокатки биметалла, имеющего различную исходную продольную и поперечную кривизну при изменении марок обрабатываемого биметаллического материала, и повышение качества прокатки эа счет исключения образования складок материала при обжатии, когда к меньшему валку заготовка обращена слоем с меньшим коэффициентом линейного расширений.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе прокатки листового материала, включающем в себя обжатие заготовки под натяжением в рабочих валках рабочего диаметра, при прокатке слой заготовки с меньшим коэффициентом линейного расширения обращают н валку меньшего диаметра, а в процессе прокатки величину минимального удельного натяжения заготовки определяют по закону: а=и-Сй-ю (жг)м ), но не менее 35% от предела текучести материала заготовки, t0
ЗО здесь Н вЂ” толщина заготовки, мм;
»> — параметр, зависящий от условий трения при прокатке, 0,1
А - безразмерная величина, определяемая параметром m а> сван»1 1„
А=
И>
+ 1-т 1 где G - удельное натяжение заготово
2 ки из биметаллов, кг/мм
П- .Л- 2 А+ (1-Ф )
>НЕр>,> (> > 1 >" " >LEц и1Рор-} 3н"
50 гн ь к „
+ 4(E +E. jP 018505 К (мм> )
С1»
C - относительное обжатие заготовН ки при полной пластической про. работке сечения по толщине, е„
Еg =6 о
Яо - относительное обжатие заготовки беэ учета упругой разгрузки, ай+>к . .О Н
М вЂ” длина участка упругопластического нагружения заготовки в очаге обжатия, мм
>,5c E.» Н (И Л Е ьН+a„41 CMMlj фф
E - эффективный модуль упругости материала заготовки иэ биметалла, кг/мм
Fg — модуль упругости слоя биметал- лической заготовки, которым она обращена к валу большого диаметра, кг/мм ;
K>, — модуль упругости слдя биметаллической заготовки, которым она обращена к валку малого диаметра, кг/мм ; дН - величина абсолютного обжатия заготовки, мм, аН=ЕН Лмм ;
Š— относительное обжатие заготовки в результате прокатки; с и и- константы аппроксимации диаграммы истинных напряжений при испытании на разрыв прокатываемого материала;
9 > s; с=Ъ
Ь= > Q" >\ (IMK J > @ (6y lE,e)
6. ио - соответственно предел текучесФ 5
-ти. и предел прочности материала заготовки, кг/мм, 5 м - относительные удлинения, соот" ветствующие пределу текучес- ти и пределу прочности материала заготовки; дп - приведенная величина изменения толщины в результате упругой разгрузки яатериала-со стороны обоих валков равного диаметра после обжатия, мм,, Ll1=,— + (>»>M,) а ДНл 2, 2
1 величина изменения толщины в результате упругой разгрузки материала со стороны малого валка, мм, ОТ5с 8," а"- дц, ->Я Е.эф. величина упругого сплющивания материала со стороны большого
784961 валка в юмент появления пластической деформации, мм, Hc E." г— пл 2 Е 1 »"
Эф
Н вЂ” толщина материала после прокатки, мм, Hq- H - ьН pw); — длина всего участка нагруже1 ния материала в очаге обжатия, мм
1, =4+ (ммЗ, d н
5 - приведенная величина обжатия со стороны малого валка, мм, <У,Н+ П+4(2 И+ь. Смм н — приближенное значение длины всего очага деформации при упрощенном ее определении с учетом упругого сплющивания рабочего валка, мм, () 2 —:, ) Рн радиус малого валка, мм о «P — соответственно радиусы исходной поперечной и.продольной кривизны заготовки из биметаллов, мм.
В частности, в более простом слу„чае прокатки листового например, одно
:родного высокопрочного. материала ми нимально необходимую величину удельного натяжения задают по закону:
Оо.= П„-4 П „— - ф„Скг )мьРЗ; где,б — удельное натяжение заготово ки, например, из высоконрочного материала, кг/мм2;
1 ,п г — »- (а )- ф-ф1-- ) )ôêг)мм
»» 1 г ()-т ) — . )-О)8»6 Ьг)мв 3Цри этом обозначение всех параметов аналогично предыдущему выражению ффективный модуль упругости в этом случае равен эф О ь 1, м д1» т.е. равен модулю упругости Е материала самого сплава.
Воздействуя на заготовку, при котором с увеличением исходных продольной и поперечной ее кривизн или величины обжатия, минимальную величину удельного натяжения заготовки увеличивают до величин не менее 3,5% от предела текучести материала загонов ки и пропускают при этом значении натяжения через валки участок заготовки протяженностью не более 5000 ее толщины, а в процессе .увеличения натяжения его минимальную удельную величину задают в функции от текучих значений величин радиусов исходной продольной и поперечной кривизн заготовки и величины относительного обжатия. Это является принципиальным отличием предлагаемого способа прокатки.
Механизм этого воздействия заключается в следующем. В результате одностороннего развития пластической деформации, вызванного значительным различием диаметров рабочих валков, напряжения, действующие в очаге обжаt5 тия в продольном и поперечном направлениях, образуют два соответствующих момента внутренних сил. В случае прокатки заготовок иэ различных сплавов, не имеющих внутренних напряжений в ис2О ходном состо.:нии, происходит суммирование этих двух моментов, в результате которого в .заготовке на входе в очаг деформации действует результирующий момент в плоскости, расположенной под некоторым углом к направлению прокатки. В случае, когда величина этого результирующего момента превышает момент сил, который надо преодолеть, чтобы произошла пластическая потеря устойчивости, и происЗО ходит образование мелких волн или складок листовой заготовки вблизи защемления ее между рабочими валками.
Однако образование складок происходит не мгновенно, а по мере наЗ5 копления эффекта при прохождении некоторого количества материала в направлении прокатки. Поэтому в течение этого промежутка необходимо отработать минимально допустимую велицф чину натяжения заготовки. Своеобразная "инерционность" рассмотренного явления обусловлена жесткостью листового материала и зависит от его толщины.
В случае, .когда между рабочими валками с большой разницей в диаметрах, прокатывают биметаллический
:материал, имеющий внутренние напряжения, вызванные различием коэффи. циентов линейного расширения слоев, результирующий момент складывается иэ моментов внутренних сил, вызванных действием напряжений в резульате одностороннего развития дефорации обжатия, и моментов, вызванных
И цействием термических напряжений. В этом случае имеется вполне определенная ориентация биметаллической заготовки по отношению к рабочим валкам, при которой к валку большого щ циаметра она обращена активным слоем, имеющим большой коэффициент линейного расширения, а к валку малого диаметра - пассивным слоем, имеющим меньший коэффициент линейного расши- д рения. Таким образом, при прокатке
784961
40
50
Ео
" диметаллической заготовки, при прочих равных условиях, появляется большая вероятность развития складок в результате пластической потери устойчивости вследствие того, что результирующий момент (в этом случае прокатки} оказывается значительно большим по сравнению с прокаткой заготовки из сплавов, не имеющих внутренних напряжений в исходном состоянии.
Вследствие того, что величина моментов, вызванных односторонним развитием пластической деформации, зависит от величины удельного натяжения заготовки, оказывается возможным эа счет увеличения ее натяжения при прокатке достичь такой величины суммарного момента, которая будет ниже "его эйачения, вызывающего пластическую потерю устойчивости. В этом случае заготовка будет оставаться плоской без образования складок.
Таким образом, поддерживая величину"заднего натяжения не ниже некоторой вполне определенной величины дляКаждого конкретного случая сочетания параметров процесса, удается. избежать порчи листового материала в результате образования складок или диагонально расположенных мелких волн — "елочки".
Частным случаем рассматриваемого процесса прокатки является прокатка в рабочих валках одинакового диаметра, например, на двадцативалковых станах, которая иногда сопровождается появлением упомянутой "елочки".
В этом случае фактором, вызывающим неодинаковость развития пластической деформации со стороны каждого валка, может служить неодинаковость условий . трения на контуре очага деформации со стороны валков и, следовательно, коэффициентов пластического трения при прокатке; разлйчйе межд " велйчинами которых может оказаться вполне ,ощутимым. Это явление может быть вызвано, в частности, различными условиями подачи смаэывающей жидкости сверху и снизу заготовки на входе в †оч деформации.
Уравнение для определения минимально необходимой величины удель ного натцжения заготовки из раэлич1
ых сплавов, а также из биметалла в лучае прокатки в валках с большой .разницей в диаметрах получены на основании теоретических исследований процесса по предлагаемому способу и может быть представлено как новое
"-решение в теории пройатки листового материала.
На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа прокатки листового материала, на фиг. 2 схема образования складок листовой заготовки в результате пластической потеои устойчивости на входе в очаг обжатия; на фиг. 3 — схема очага обжатия и характер распределения напряжений, действующих в заготовке листового материала на входе в очаг обжатия; на фиг. 4 — схема сложения векторов-моментов внутренних сил, вызванных действием напряжений при одностороннем развитии деформации обжатия, и векторов-моментол, вызванных действием термических напряжений.
Схема, приведенная на фиг. 1 включает в себя рабочий валок малого диаметра 1, рабочий валок большого диаметра 2 и заготовку листового материала 3. Стрелками показаны заднее б„ и переднее 9q удельные натяжения заготовки.
На схеме образования складок листовой заготовки (см. фиг. 2) показано, что пластическая потеря устойчивости ее и образование складок 4 происходит на входе в очаг обжатия перед рабочими валками.
На схеме очага обжатия (см. фиг.3) показаны эпюры напряжений от натяжений заготовки G, термических напряжений Ggq и внутренних напряжений б
xrv1 вызванных преимущественно односторойним развитием деформации, которые, складываясь, образуют момент сил, действую1цих на заготовку на участке упругопластического сжатия f> в продольном направлении.
Кроме того, на фиг. 3 обозначено следующее: . — длина всего очага обжатия; L< - длина участка нагруже, н. ния; — — величина изменения толщины в результате упругой разгрузки материала со стороны малого валка; †";"-— величина упругого сплющивания материала со стороны большого валка;
Н - толщина заготовки листового материала; Н4 - толщина материала после прокатки.
Схема сложения векторов-моментов внутренних сил, представленная на фиг. 3, показывает, что результирующий вектор m, который направлен перпендикулярно плоскости действия результирующего момента, складывается из четырех векторов-моментов. При этом вектор-момент m „ вызванный действием термонапряжения вдоль полосы, H вектор-момент mx, вызванный действием продольных напряжений от обжатия, направлены поперек листовой заготовки, а вектор-момент mg вызванный действием термонапряжений поперек заготовки, и вектор-момент mx, вы- званный действием поперечных напряжений от обжатия, направлены вдоль заготовки. Таким образом, складки, образующиеся в результате пластической потери устойчивости, будут направлены вдоль результирующего вектора-момента, угол между которым и направлением прокатки может изменяться с изменением удельного натяжения полосы.
784961
10.Пример.
С целью проверки предложенного способа прокатки .листового материала быпи проведены лабораторные испытания на комбинированной прокатной клети, выполненной согласно схеме, представленной на фиг. 1.
Испытания проводились на холоднокатаной ленте иэ термобиметалла марки ТБ 1423 сечением НхВ 0,19х200 мм, имеющей радиус. исходной поперечной кривизны p < = 74-93 мм и радиус про- дольной кривизны р = 69-115 мм.
О,2=
Воздействие на ленту путем ее обжатия между рабочими валками с большой разницей в диаметрах осуществлялось между приводным валком с диаметром 250 мм и неприводным валком с диаметром 30 мм.
В процессе испытаний величина удельного натяжения полосы изменялась ступенеобразно в некотором интервале Щ значений, при этом фиксировались те значения удельного натяжения, которые при данных значениях параметров прокатки соответствовали началу появления складок на прокатываемсм листовом материале.
Так, например, величины экспериментальных значений удельного натяжения, соответствующих исчезновению (при увеличении натяжения) складок . для определенного сочетания парамет- З® ров, находились в пределах (0,34-0,4)
69. Величина заднего удельного натяжения, заданная по предлагаемому спо. собу для этих же условий процесса прокатки, составляла 0,366<.
В данном опыте, в зависймости от величины относительного обжатия данной марки термобиметалла с укаэанными радиусами кривизн, которое изменяли в пределах от 0,1% до 2Ъ>тенденция 40 к образованию сКладок при уменьшении удельного натяжения от 0,35Gc до
0,2 6g начинала проявляться после. пропуска 200-800 мм ленты. При этом большему обжатию соответствовала меньшая длина пропускаемого участка, а меньшему сбросу натяжения от минимального допустимой величины — большая длина этого участка.
Использование предлагаемого спосо- щ ба прокатки при производстве лент из термобиметаллов позволит как в процессе прокатки, так и в процессе;прав- ки получать ленты высокого качества без волнистости и складок в случае ойкатия их в валках с большой разницей в диаметрах. Использование этого способа позволит, кроме того, повысить производительность процессг прокатки эа счет исключения образования складок биметаллического мате- 40 риала при увеличении скорости" про= катки примерно в 3-4 раза, которое приводит к увеличению термических напряжений. В этом случае повышенная вероятность появления складок будет 65 скомпенсирована эа счет задания рациональных режимов процесса несимметричной прокатки.
Кроме того, предлагаемый способ прокатки листового материала может быть реализован, в частности; при производстве материала из высокопрочных сплавов в случае применения эффективного процесса несимметричной прокатки в рабочих валках с большой разницей в диаметрах, один из которых имеет весьма малый диаметр. Этот способ окажется необходимым при оптимизации технологических параметров процесса при условии исключения указанного дефекта в виде складок или волнистости материала.
Формула изобретения
Способ прокатки листового материала путем обжатия заготовки с одновременным натяжением в рабочих валках разного диаметра, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью обеспечения возможности прокатки биметалла с различной продольной и поперечной кривизной и повышения качества прокатки путем исключения образования складок, при прокатке слой заготовки с меньшим коэффициентом линейного расширения обращают к валку меньшего диаметра, а в процессе прокатки величину минимально удельного натяжения заготовки определяют по закону: а,-п- л -ф (, но не менее 35% от предела текучести материала заготовки, где О;, — удельное натяжение заготовки из биметалла, кг/мм :" - " (4,,„)1 "-:
8 сб Яи"
3 2)+ 3(Eg
H Ì-b/<-- -,—,)
8с +4„) РМ
Здесь и — тоЛ ина заготовки мм.
У
m — - параметр,, зависящий от условий пластического трения при прокатке,. О, 1 < m <1;
А — безразмерная величина, определяемая параметром
А +)I < — оТнбсительное обжатие эаИ готовки при полной пласти.ческой проработке сечения — по толщине, е î i"„
Fp - относителбЬое обжатие заготовки беэ учета упругой разгрузки, 6
7849б1
1и2 - длина участка упругопластического нагружения заготовки в очаге обжатия, мм. — модуль упругости слоя биметаллической заготовки, которым она обращена к вал- l$5 ку большого диаметра Гк /мм). модуль упругости слоя биметаллической заготовки, которым она обращена к валку малого диаметра, кг/мм, © величина абсолютного обжатия заготовки, АНЕН (мм); относительное обжатне заготовки в результате прокатки, 2S константы аппроксимации диаграммы истинных напряжений при испытании на разрыв прокатываемого материала, . дб )G
ЗО ь
Kg (Ey Ыф)
С- Ъ 3а
Р С мдд2.1 | ъ соответственно, предел текучести и предел прочност » материала заготовки,кг/мм, относительные удлинения, соответствующие пределу 40 текучести и пределу проч" ности материала заготовки; приведенная величина изменения толщины в результате упругой разгрузки матерна- 4 ла со стороны обоих валков дН ч с и..п
Ь и б ,Е и fg дП г . 22 Н аН „ 2 См
Бз - эффективный модуль упругости материала заготовки из биметалла, кг/мм, разного диаметра после обжатия, мм, Ь
ah%%.. Ф вЂ”.И- см3 дд 4> д 2. 2 I — - величина изменения толщины в результате упругой,разгрузки материала со стороны малого валка, мм,. д — -2 — — — дн; ЪФ вЂ” - величина упругого сплющий в вания материала со стороны большого валка в момент появления пластической деформации, мм, Нс Е", г- ай Л 2 ФаР мю3 > па. 2Е Ф
Н - толщина материала после про4 катки, мм, Н4= Н -aH /
- длина всего участка нагру жения материала в очаге обжатия, мм, g:4 ГммЗ. и
СЪ вЂ” приведенная величина обжатия со стороны малого валка, мм, „=2(all+ah+4(2aH+aa)an )&м7 — приближенное значение длины всего оуага деформации при упрощенном ее определении с учетом упругого сплющиваф ния рабочего валка, мм,. = «,2.+—:35) м и., km3;
Нм — радиус малого валка, мм; о Р, о Ро, о,„ и о — соответственно радиусы исходной поперечной и продольной кривизны заготовки из биметалла, мм.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент Франции М 1533344, кл. В 21 В, 1969.