Способ прокатки листового материала

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЮТЕЛЬСТВУ о 784961(51)м К 3 с присоедииением заявки Йо В 21 В 3/00 В 23 Р 3/06 Государственный комитет СССР,но делам нзобретеннй н открытий.8 (088.8) Дата опубликования описания 0912.80(54) СПОСОБ ПРОКАТКИ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА Изобретение относится к про,изводству листового проката и может быть использовано в линиях прокатных станов и агрегатов отделки.Изнестен способ прокатки листовО- го материала, включающий в себя об.жатие заготовки в.рабочих валках с большой разницей в диаметрах под натяжением, который предусматривает получение плоского материала без об-,10 разования складок, образующихся в результате "бокового движения элементовф листового материала 1). При . этом.полагают, что такие движения элементовлистового материала возникают 15 благодаря несоблюдению равенства вытяжек заготовки по ширине. Исключение этого явления достйгается путем обеспечения равномерного погонного давления по длине бочки рабочего нал , ка малого диаметра.В этбм способе ие учитывается явление неравномерного развития деформации заготовки по толщине. Однако . именно это явление н случае прокат ки материала н валках с большейразницей в диаметрах, главным образом, и определят эффект образования складок в результате пластической потери устойчивости, наступление которой30определяется сочетанием целого рядапараметрон 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 валкахс 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 исключенияскладок тонкого листового материала приобретает особую остроту при производстве биметаллического материала с различными свойствами слоев, который дополнительно подвержен действию внутренних напряжений, образующих изгибающий момент. Особенно нажно это для рассматриваемого случая несимметричной прокатки термобиметалла, имеющего после предшествующей холодной прокатки на высокой скорости-"значительные внутренние термонапря ЖЫйямежду слоями,которые увеличивают вероятность появления складок.то естественно не позволяет повыить производительность процесса прокатки и приводит к снижению качестваобрабатываемого биметаллического материала путем несимметричной прокатки при переходе от одной марки материала к другой, требующих соответст"вующего свойствам материала в каждомслучае н согласованного с ними изменения параметров процесса.Цель изобретения - обеспечениевозможности прокатки биметалла, имеющего различную исходную продольнуюи поперечную кривизну при изменениимарок 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 достигаетсятем, что в известном способе прокатки листового материала, включающем в себя обжатие заготовки под натяжением в рабочих валках рабочегодиаметра, при прокатке слой заготовки с меньшим коэффициентом линейного расширения обращают н валку меньшего диаметра, а в процессе прокаткивеличину минимального удельного натяжения заготовки определяют по закону:г: и-Ей: фюв 1,но не менее 35 от предела текучести материала заготовки,ЗО Вдесь Н - толщина заготовки, мм;е - параметр, зависящий от условий трения при прокатке, 0,1о 1;А - безразмерная величина, определяемая параметром в ОсМю щ 1А=И" " (.,)1 ЬиЧ МЕцфЕи 1 9 о3 Н" 2502 НЕ + р 07850 кг/мм 3.55 относительное обжатие заготовьки при полной пластической проработке сечения по толщине,еЕ -6оЯо - относительное обжатие заготовки беэ учета упругой разгрузки,И к .,о Ндлина участка упругопластнческого нагружения заготовкив очаге обжатия, мм15 с 6 ф НН ЬСммфЕ - эффективный модуль упругостиматериала заготовки иэ биметалла, кг/ммГц - модуль упругости слоя биметал-лической заготовки, которымона обращена к валу большогодиаметра, кг/мм;1 - модуль упругости слдя биметаллической заготовки, которымона обращена к валку малого диаметра, кг/мм;дй -величина абсолютного обжатиязаготовки, мм, аН=ЕН,мм;Е - относительное обжатие заготовки в результате прокатки;с и и- константы аппроксимации диаграммы истинных напряжений прниспытании на разрыв прокатываемого материала;Мь ; Ъ мй= (уй 11 дг(, еъ вь6: иб - соответственно предел текучесв 5ти. и предел прочности материала заготовки, кг/мм,6- относительные удлинения, соответствующие пределу текучес-ти и пределу прочности материала заготовки;дп - приведенная величина изменения толщины в результате упругой разгрузки яатериала-состороны обоих валков равногодиаметра после обжатия, мм, ,ммдН., 1. 21величина изменения толщины врезультате упругой разгрузкиматериала со стороны малоговалка, мм,075 сЙ - Ай,Я Е.эф величина упругого сплющивания материала со стороны большоговалка в юмент появления пластической деформации, мм,НсЕ" г -ди= Л111ЭфН - толщина материала после прокатки, мм, Н Н - ьН мм 1;- длина всего участка нагружения материала в очаге обжатия, мм:Дф+мм 5,дн бН " приведенная величина обжатия со стороны малого валка, мм,:2 дН+Ь+4(Ы И ь,ад Гвмун- приближенное значение длинывсего очага деформации приупрощенном ее определении сучетом упругого сплющинаниярабочего валка, мм,ь=1,+,) ЯУ;Йц- Радиус малого валка, мм оа - соответственно радиусы исходной поперечной и продольнойкривизны заготовки из биметаллов, мм.В частности, в более простом случае прокатки листового например, одно :родного высокопрочного. материала минимально необходимую величину удельного натяжения задают по закону:О,",.= ПП- фС) г 1 мм 5;где,б - удельное натяжение заготов оки, например, из высоконрочного материала, кг/мм 2;,)-Е ) -- 0)85 б Ьг)мвЧ Цри этом обозначение всех парамет-.ов аналогично предыдущему выражениюффективный модуль упругости в этомслучае равенЗФ О1 мат.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 заготов ки и пропускают при Этом значении натяжения через валки участок заготовкипротяженностью не более 5000 ее толщины, а в процессе .увеличения натяжения его минимальную удельную величинузадают в функции от текучих значенийвеличин радиусов исходной продольнойи 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 значительнымразличием диаметров рабочих валков,напряжения, действующие в очаге обжа тия в продольном и поперечном направ-лениях, образуют два соответствующихмомента внутренних сил, В случае прокатки заготовок иэ различных сплавов,не имеющих внутренних напряжений в ис О ходном состоянии, происходит суммирование этих двух моментов, в результате которого в .заготовке на входе вочаг деформации дейстнует результирующий момент в плоскости, расположенной под некоторым углом к напранлению прокатки. В случае, когда величина этого результирующего моментапревышает момент сил, который надопреодолеть, чтобы произошла пластическая потеря устойчивости, и проис- ЗО ходит образонание мелких волн илискладок листовой заготовки вблизизащемления ее между рабочими валками.Однако образование складок происходит не мгновенно, а по мере на- ЗЗ копления эффекта при прохождении некоторого количества материала в направлении пРокатки. Поэтому в течение этого промежутка необходимо отработать минимально допустимую велико чину натяжения заготовки. Своеобразная "инерционность" рассмотренногоявления обусловлена жесткостью листового материала и зависит от еготолщины.В случае, .когда между рабочимивалками с большой разницей в диаметрах, прокатывают биметаллическийматериал, имеющий внутренние напряжения, вызванные различием коэффи.циентов линейного расширения слоев,результирующий момент складываетсяиэ моментов внутренних сил, вызванных действием напряжений в резульате одностороннего развития дефорации обжатия, и моментов,вызванных И цействием термических напряжений,Вэтом случае имеется вполне определенная ориентация биметаллическойзаготовки по отношению к рабочим валкам, при которой к валку большого щ циаметра она обращена активным слоем, имеющим большой коэффициент линейного расширения, а к валку малогодиаметра -пассивным слоем, имеющимменьший коэффициент линейного расши- д рения. Таким образом, при прокатке"диметаллической заготовки, при прочих равных условиях, появляется большая вероятность развития складок врезультате пластической потери устойчивости вследствие того, что результирующий момент (н этом случаепрокатки) оказывается значительнобольшим по сравнению с прокаткойзаготовки из сплавов, не имеющихвнутренних напряжений в исходномсостоянии.Вследствие того, что величинамоментов, вызванных одностороннимразвитием пластической деформации,зависит от величины удельного натяжения заготовки, оказывается возможным за счет увеличения ее натяженияпри прокатке достичь такой величинысуммарного момента, которая будет ни "же "его "эйачения, вызывающего пластическую потерю устойчивости, В этомслучае заготовка будет оставатьсяплоской без образования складок.Таким образом, поддерживая величину"заднего натяжения не ниже некоторой вполне определенной величины в "-"-для Каждого конкретного случая сочетания параметров процесса, удается.избежать порчи листового материалан результате образования складок илидиагонально расположенных мелкихволн - "елочки".Частным случаем рассматриваемогопроцесса прокатки является прокаткав рабочих валках одинакового диаметра, например, на двадцативалковыхстанах, которая иногдасопровождается появлением упомянутой "елочки".В этом случае фактором, вызывающимнеодинаковость развития пластическойдеформации со стороны каждого валка,может служить неодинаковостьусловий. трения на контуре очага деформациисо стороны валков и, следовательно,коэффициентов пластического тренияприпрокаткеразлйчйемежд" велйчинами которых может оказаться вполне,ощутимым. Это явление может быть вызвано, в частности, различными условиями подачи смаэывающей жидкостисверху и снизу заготовки на входе н" очаг деформации.Уравнение для определения минимально необходимой величины удельного натцжения заготовки из раэличых сплавов, а также из биметалла нлучае прокатки в валках с большой.разницей в диаметрах получены на основании теоретических исследованийпроцесса по предлагаемому способу иможет быть представлено как новое " "-решение в теории прокатки листовогоматериала.На фиг1 приведена схема реализации предлагаемого способа прокаткилистового материала; на фиг. 2схема образования складок листовойзаготовки"в результате пластическойпотеои устойчивости на входе в очаг обжатия; на фиг. 3 - схема очагаобжатия и характер распределения напряжений, действующих в заготовке лис.тового материала на входе в очагобжатия; на фиг, 4 - схема сложениявекторов-моментов внутренних сил,вызванных действием напряжений приодностороннем развитии деформации обжатия, и вектороз-моментол, вызванных действием термических напряжений.Схема, приведенная на фиг. 1 включает н себя рабочий валок малого диаметра 1, рабочий валок большого диаметра 2 и заготовку листового материала 3, Стрелками показаны заднее 6и переднее б удельные натяжения за готовки.На схеме образования складок листовой заготонки (см. фиг. 2) показано, что пластическая потеря устойчивости ее и образование складок 4 Я происходит на входе н очаг обжатияперед рабочими валками.На схеме очага обжатия (см. фиг.3)показаны эпюры напряжений от натяжений заготовки О, термических напряжении бх и внутренних напряжений 0"чу)вызванных преимущественно односторойним разнитием деформации, которые,складываясь, образуют момент сил,действующих на заготовку на участкеупругопластического сжатияв проИ О дольном направлении.Кроме того, на фиг. 3 обозначеноследующее: . - длина всего очагаобжатия;- длина участка нагруже, н.ния; -- величина изменения толщины 35 в результате упругой разгрузки материала со стороны малого валка; в ";"- -величина упругого сплющивания материала со стороны большого валка;Н - толщина заготовки листового ма О териала; Н 4 - толщина материала после прокатки.%Схема сложения векторон-моментонвнутренних сил, представленная нафиг. 3, показывает, что результирую щий вектор В 6 который направлен перпендикулярно плоскости действия результирующего момента, складываетсяиз четырех векторов-моментов. Приэтом вектор-момент и вызванный дейЯствием термонапряжения вдоль полосы,и вектор-момент ах, вызванный действием продольных напряжений от обжатия, направлены поперек листовой заготовки, а вектор-момент вэ ныэнанный действием термонапряжений поперек 55 заготовки, и вектор-момент а, вы-званный действием поперечных напряжений от обжатия, направлены вдользаготовки. Таким образом, складки,образующиеся в результате лластичесо кой потери устойчивости, будут направлены вдоль результирующего вектора-момента, угол между которым и направлением прокатки может изменятьсяс изменением удельного натяжения поб 5 лосы..Пример.С целью проверки предложенногоспособа прокатки, листового материала быпи проведены лабораторные испытания на комбинированной прокатнойклети, выполненной согласно схеме,представленной на фиг. 1.3Испытания проводились на холоднокатаной ленте иэ термобиметалла марки ТБ 1423 сечением НхВ 0,19 х 200 мм,имеющей радиус. исходной поперечнойкривизны ро = 74-93 мм и радиус про-дольной кривизны р = 69-115 мм.ор=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 сдиаметром 30 мм,В процессе испытаний величинаудельного натяжения полосы изменяласьступенеобразно в некотором интервале Щзначений, при этом фиксировались тезначения удельного натяжения, которыепри данных значениях параметров прокатки соответствовали началу появления складок на прокатываемсм листовомматериале.25Так, например, величины экспериментальных значений удельного натяжения, соответствующих исчезновению, для определенного сочетания парамет- Зров, находились в пределах (0,34-0,4)69. Величина заднего удельного натяжения, заданная по предлагаемому способу для этих же условий процессапрокатки, составляла 0,366.В данном опыте, в зависймости отвеличины относительного обжатия данной марки термобиметалла с укаэанными радиусами кривизн, которое изменяли в пределах от 0,1% до 2 Ъ,тенденция 4 Ок образованию сКладок при уменьшенииудельного натяжения от 0,35 бс до0,2 8 начиналапроявляться послепропуска 200-800 мм ленты, При этомбольшему обжатию соответствоваламеньшая длина пропускаемого участка,а меньшему сбросу натяжения от минимального допустимой величины - большая длина этого участка.Использование предлагаемого спосо щба прокатки при производстве лентизтермобиметаллов 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 большойразницей в диаметрах. Использованиеэтого способа позволит, кроме того,повысить производительность пэоцессгпрокатки эа счет исключения образования складок биметаллического мате- еОриала при увеличении скорости"про=катки примерно в 3-4 раза, котороеприводит к увеличению термическихнапряжений. В этом случае повышеннаявероятность появления складок будет 65 скомпенсирована эа счет задания рациональных режимов процесса несимметричной прокатки.Кроме того, предлагаемый способпрокатки листового материала можетбыть реализован, в частности; припроизводстве материала из высокопрочных сплавов в случае применения эффективного процесса несимметричнойпрокатки в рабочих валках с большойразницей в диаметрах, один из которых имеет весьма малый диаметр. Этотспособ окажется необходимым при оптимизации технологических параметровпроцесса при условии исключения указанного дефекта в виде складок иливолнистости материала.Формула изобретенияСпособ прокатки листового материала путемобжатия заготовки с одновременным натяжением в рабочих валкахразного диаметра, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности прокатки биметаллас различной продольной и поперечнойкривизной и повышения качества прокатки путем исключения образованияскладок, при прокатке слой заготовкис меньшим коэффициентом линейногорасширения обращают к валку меньшегодиаметра, а в процессе прокатки величину минимально удельного натяжения заготовки определяют по закону:г; и-п-ф ьм 11,но не менее 35 от предела текучестиматериала заготовки,где О;, - удельное натяжение заготовкииз биметалла, кг/мм-",-("ф ) -,ч 1.-1 Ъ - - ,8 сф 3 РмЗдесь й - тоЛ ина заготовки мми - параметр, зависящий от условий пластического тренияпри прокатке, 0,1е 1;А - безразмерная величина, определяемая параметромА - - -- +1-п,.- оТнбсительное обжатие эаИ готовки при полной пластической проработке сечения-по толщине, 0Еп=о "Ео - относителбЬое обжатие заготовки беэ учлета упругой разгрузки, 8=ч с и.п Ьи 6 ь Уи Ь дП др и - длина участка упругопластического нагружения заготовки в очаге обжатия, мм. фн Найд н Ь 1 м 15 Б - эффективный модуль упругости материала заготовки из биметалла, кг/мм,1 п - модуль упругости слоя биметаллической заготовки,которым она обращена к вал-ку большого диаметра Гкт/мм модуль упругости слоя биметаллической заготовки,которым она обращена к вауку малого диаметра, кг/мм, овеличина абсолютного обжатия заготовки, ьН ЕН мм;относительное обжатне заготовки в результате прокатки, 23константы аппроксимации диаграммы истинных напряженийпри испытании на разрывпрокатываемого материала,дб(3ЗОЬ1 д Е) Ыв)ЬС-,н ,ъсоответственно, предел текучести и предел прочностматериала заготовки,кг/мм,относительные удлинения,соответствующие пределу 40текучести ипределу проч"ности материала заготовки;приведенная величина изменения толщины в результатеупругой разгрузки матернала со стороны обоих валков разного диаметра после об"жатия, мм,ддвне ф - .в- Смм 3Ь ЬНд2, 2- - величина изменения толщиныв результате упругой,разгрузки материала со стороны малого валка, мм,. д ч -- с- - дк;" ЪФ - - величина упругого сплющиййв вания материала со стороны большого валка в момент появления пластической деформации, мм,ф Нс Е". г й з 5 Ц-вРмю 3аЛ 2 ЕЗФ Н - толщина материала после прокатки, мм, Н 4= Н -АН / - длина всего участка нагружения материала в очаге обжатия, мм; н - приведенная величина обжатия со стороны малого валка, мм,ц 2 д+ы 4(йдна)а йщ 3- приближенное значение длинывсего очага деформации приупрощенном ее определениис учетом упругого сплющивафния рабочего валка, мм,ф"- О,. - ;,Р) мою Ьф 3 рйм - радиус малого валка, мм;о Р,о Ро,, и р - соответственно радиусы исходной поперечной и продольной кривизны заготовки избиметалла, мм.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Франции М 1533344,кл. В 21 В, 1969.