Способ прокатки листового материала

Союз Советских Соцналисткческих РеспублнкОЛ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено " 112.78 (21) 2707176/25-27 с присоединением заявкм Мо Государственный комитет СССР во деяам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 15,04,81, Бюллетень Мо 14 Дата опубликования описания 25 . 04 . 81(54) СПОСОБ ПРОКАТКИ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА иэобоетение относится к производству листового проката и может быть использовано в линиях поокатных станов и агрегатов отделки.Известен также способ прокатки листового материала, включающий обжатие заготовки в валках разного диаметра, приводящее к поперечному изгибу материала после обжатия. При этом поперечный изгиб материала наступает не во всех случаях прокатки и обусловлен влиянием упругих деформаций валковой системы 11. Это способ прокатки не учитывает преимущественно одностороннего развития пластической деформации обжатия при прокатке рабочих валков с большой разницей в диаметрах, которое и обуславливает как продсльный, так и поперечный изгиб материала при определенном сочетании параметров процесса.Таким образом, этот способ прокатки не позволяет производить эффективного воздействия на остаточную кривизну материала, который в исходном состоянии перед прокаткой имеет значительную исходную продольную и поперечную кривизну, эа счет обеспечения преимущественно одностороннего развития пластической деформации обжатия путем задания вполнеопределенных параметров процесса взависимости от кривизны листовогоматериала. В зто же время вопросуправления процессом появления и изменения кривизны листа является аи О более острым и нерешенным при производстве биметаллического материала с различными свойствами слоев,и особенно при производстве термобиметаллов, так как повышение скорости при холодной прокатке термо биметаллов приводит к большему разогреву материала в очаге деформации, а, следовательнс, и к большейего кривизне после остывания. Отсутствие способов воздействия на ос таточную кривизну термобиметаллапосле прокатки вызывает снижениеего качества по плоскостности и требует снижения скорости прокатки и,следовательно, уменьшения производительности процесса.Цель изобретения - повышение качества прокатки биметаллического материала, имеющего исходную продольную и поперечную. кривизну, образу ющуюся при его охлаждении.бМ,а Ен иЭ(Ец+ Е )с 35 40 Кроме того, для получения заданного изменения продольной кривизны биметаллического материала, степень 45 общей Деформации заготовки задаютв функции от ее кривизны по закону дж: -4 1 13 Н ЕсЕ и и,Ь (Ед+ЕФ)СК гдерадиус исходной поперечной кривизны, мм; 0 радиус поперечной кривизны в результате изменения исходной кривизны после прокатки, мм;модуль упругости слоя биметаллической заготовки, который подвергают наибольшей пластической деформации обжатия и обращают к валку малого диаметра, кг/мм;модуль упругости слоя биме- ЬО ,таллической заготовки, в котором пластическая проработка при прокатке минимальная, обращенного к валку большого диаметра, кг/мм: где Е Еи -аф 2 Поставленная цель достигается тем, что в способе прокатки листового материала, включающем охлазддение заготовки перед обжатием, обжатие заготовки в валках разного диаметра, приводящее к преимущественно одностороннему развитию деформации со стороны меньшего валка и изгибу заготовки, пластической деформации обжатия подвергают, главным образом, слой заготовки, выполненный из материала с меньшим коэффициентом линейного расширения, а слой заготовки с большим коэффициентом линейного расширения подвергают преимущественно упругому сжатию, для чего к меньшему валку, диаметр которого задают не более 340 толщин заготовки, а большего - 8,3-32 диаметра меньшего, заготовку обращают слоем с меньшим коэффициентом линейного расширения, при этом общую степень деформации заготовки в целом за дают в Функции от ее кривизны и не более 5 эа .один проход. При этом, для получения заданного изменения поперечной кривизны степень общей деформации заготовки в целом задают в функции от ее кривизны по закону где Я - степень общей деформациизаготовки в целом, котораятребуется для получения заданного изменения поперечной кривизны;д% - величина заданного изменения поперечной кривизны поотношению к исходной поперечной кривизне заготовкиперед прокаткой, 1/мм Н - толщина листового материала,ммС и и - константы аппроксимации диаграммы истинных напряжений при испытании на разрыв прокатываемого материала, которые характеризуют его механические свойства соответственно предел текучести и предел прочности матери-., ала заготовки, кг/мм,Ф, относительные удлинения, соответствующие пределу текучести и пределу прочности материала заготовки;безразмерная величина, отражающая влияние коэффициента пластического трения при прокатке где фк - коэффициент пластическоготрения при прокатке, который может быть задан в пределах0,05 й.к ( 0,5 степень общей деформациизаготовки в целом, котораятребуется для получениязаданного изменения продольной кривизны;величина заданного изменения продольной кривизныпо отношению к исходнойпродольной кривизне заготовки перед прокаткой,1/мм;45 В результате такого. явления при разгрузке и происходит изменение исходной кривизны прокатанного листового материала. При этом величина изменения его кривизны определяется величиной моментов внутренних сил, обусловленных величиной оста-, точных напряжений, действующих в где р - радиус исходной продольнойкривизны, мм;радиус продольной кривизны,после прокатки, мм,Остальные параметры аналогичныпредыдущему уравнению,Воздействие на листовой биметаллический материал, при котором пластической.деформации обжатия подвергают, главным образом, слой заготовки, выполненный из материала с мень- Ошим коэффициентом линейного расширения, а слой заготовки с большим коэффициентом линейного расширения подвергают преимущественно упругому сжатию, для чего к меньшему валку, диметр которого задают не менее, чем в 158,3 раза меньшим диаметра большеговалка и равным не более 300 .толщинзаготовки, заготовку обращают слоемс меньшим коэффициентом линейногорасширения, при этом степень общей 20деформации заготовки в целом задаютв Функции от ее кривизны и не более5 за один проход.Механизм такого воздействия заключается в следующем. 25При прокатке листового материалав валках с большой разницей в диаметрах , когда эта разница достаточно велика, происходит односторонееразвитие пластической деформации состороны валка малого диаметра, коЗОторое обеспечивается отношением диаметров валков и отношением диаметра меньшего валка в толщине заготовки. В результате такого развития деформации материала, в целом, состороны большого валка, в частности,развивается только незначительнаячасть деформации листа, которая вызывает лишь его упругое сжатие, либо пластическую проработку сечения 40лишь в поверхностных слоях на весьма незначительную глубину, Таким образом, картина внутренних напряжений,действующих в листе, обуславливаетсяхарактером развития деформации состороны малого валка. Эта картина,в большинстве случаев, характерназначительной неравномерностью распределения напряжений по толщинелиста, которые на некотором его слоеменяют свой знак. При этом с увели-.чением относительного обжатия, начиная с некоторого его значения, иуменьшением коэффициента пластичес,кого трения неравномерность распределения внутренних напряжений умень 55шается, при этом слои листа, получившие большую пластическую проработку, подвержены действию сжимающих напряжений. Чем больше числопроходов (обжатий) при определенной 40величине относительного обжатияпри каждом проходе, тем большей величины достигают сжимающие напряжения на более проработанных слоях ирастягивающие напряжения не менее, 65 проработанных слояхпо толщине заготовки,Процесс. разгрузки материала, который происходит после обжатия заготовки между рабочими валками с большей разницей в диаметрах, условноможно представить протекающим последовательно в два этапа,В первом этапе, когда элемент заготовки перемещается между валками взоне упругой разгрузки к выходу изочага обжатия, в нем появляются остаточные напряжения, действующие впоперечном и продольном направлениях. Эти напряжения оказываются неуравновешенными в смысле моментавунтренних сил, образуемого ими. Неуравновешенный момент обуславливается наличием потенциальной энергии,накопленной заготовкой в результатенеравномерности деформации пб ее толщине, в случае развития ее преимущественно со стороны малого валка,когда разница их диаметров доста-точно велика. В результате этоговоображаемые, слои заготовки потолщине стремятся принять разнуюдлину. Однако благодаря сплошности материала все эти слои на выходе из очага обжатия имеют одинаковую длину, и заготовка под действием остаточных напряжений покидаеточаг обжатия в состоянии "взведенной пружины",Второй этап разгрузки материалапосле такого обжатия и представляетсобой освобождение оставшейся внутренней энергии, так как прокатанный листовой материал, как и любаясистема, стремится принять состояние, соответствующее минимуму внутренней энергии. При этом в нем протекает пассивная деформация, направление которой всегда противоположно тому направлению, в котором действовала активная деформация, приведшая в результате неравномерностиее развития к стремлению слоем материала, обращенных к малому валку,к увеличению своей длины. В результате такой разгрузки листовой материал вынужден изгибаться в сторонумалого валка, обращаясь к нему вогнутой стороной (если до обжатияон был плоским).Такой изгиб приводит к ликвидации накопленной потенциальной энергии.при неравномерном развитии деформации и к почти полному исчезновению остаточных напряжений послеобжатия.820934 м 1 1ь = - и - = - -яК=о,Уо У 1 Ро продольном и поперечном напряжениях,т, е. величиной обжатия полосы.Таким образом, если изменениекривизны в определенном направленииравно исходному значению кривизнызаготовки, то в Результате прокаткипо предлагаемому способу она можетбыть лишена ее в этом направленииполностью.,Что же касается прокатки по предлагаемому способу биметаллическогоматериала, имеющего различные механические свойства и различные коэффициенты линейного расширения каждого слоя, в результате чего в исходном состоянии такой материал имеетвполне определенную кривизну, то в15этом случае .цля достижения большей,ппоскостности пластическую проработку локализуют в слоях заготовки,имеющих перед обжатием в плоском состоянии напряжения сжатия или в исходном свободном (изогнутом) состоянии большую длину по отношению кдругим слоям. При этом, в случае прокатки листового материала иэ термобиметаллов, к малому валку заготовкуобращают слоем, имеющим меньший коэффициент линейного расширения, а квалку большого диаметра слоем, имеющим, соответственно, больший коэффициент линейного расширения, в результате чего после прокатки заготовка уменьшает свою кривизну. Это происходит потому, что при таком расположении заготовки действие моментавнутренних сил, вызванного остаточными напряжениями после прокатки, направлено против действия момента,вызванного термическими напряжениями в слоях заготовки. Аналитическое выражение для опре деления величины изменения кривизны биметаллических материалов в результате прокатки в валках с большой разницей в диаметрах в случае прокатки с малыми обжатиями получено на основании теоретических и экспери ментальных исследований процесса по предлагаемому способу. На фиг. 1 изображена схема реали эации способа прокатки листового материала: на фиг. 2 - сечение заготовки, имеющей поперечную кривизну, и расположение ее слоев относительно рабочих валков до прокатки; на фиг. 3 - поперечное сечение материала после прокатки; на фиг, 4 примерная картина развития пластической деформации при обжатии; на фиг, 5 - зпюра остаточных напряженийф у) в поперечном сечении заго товки на выходе из очага деформации, которые приводят к появлению момента внутреннихсил, вызывающего изменение поперечной кривизны материала, 65 Схема реализации способа прокатки листового материала (фиг. 1) включает рабочий валок 1 малого диаметра, рабочий валок 2 большого диаметра, пирамиду опорных роликов 3 и 4,Стрелкой У показано напряжение движения прокатываемой заготовки.Сечение заготовки (фиг. 2) имеет радиус исходной кривизны р но обращено выпуклой стороной к рабочему валку малого диаметра.Сечение заготовки, изображенное на фиг. 3, соответствует получению плоского материала после прокатки, в случае когда требуемое изменение кривизны равно исходной кривизне перед прокаткой, т. е. Картина развития пластической деформации, изображенная на фиг. 4, показывает, что при прокатке в валках с большой разницей в диаметрах пластическая деформация Еу в направлении толщины полосы развивается таким образом, что наибольшая величина ее локализуется вблизи малого валка. Это происходит благодаря, преимущественно, одностороннему развитию деформации обжатия, которая при малых величинах суммарного обжатия имеет значительную неравномерность по толщине заготовки, как это показано на фиг. 4. В случае прокатки биметаллической заготовки пластическую проработку локализуют в слое, который в свободном состоянии имеет напряжения сжатия и после обжатия должен претерпеть укорочение. Эпюра внутренних, наПример, термических напряжений, действующих в заготовке до прокатки, показывает характер их распределения в свободном 0 с и расправленном р состояниях. Расправленное состояние биметаллического материала на входе в очаг деформации, в частности, может быть достигнуто с помощью направляющих роликов 5. Эпюра остаточных напРЯжений б(у) изображенная на фиг. 5, показывает, что со стороны валка 1 малого диаметра в сечении заготовки на выходе из очага деформации действуют сжимающие напряжения, а со стороны валка 2 большого диаметра действуют растягивающие напряжения. Такая картина напряжений имеет место в случае, когда пластическая деформация при малых величинах обжатия развивается преимущественно со стороны рабочего валка малого диаметра.С целью проверки предложенного способа прокатки листового материала были проведены лабораторные испытания на полупромышленной комбиниро820934 10 ванной клети, выполненной согласносхемы, представленной на фиг, 1.Испытания, в частности, проводились на холоднокатаной ленте из термобиметалла марки ТБ 1423 сечениемН х В 0,19 х 200 мм, имеющей ради-ус исходной поперечной кривизныро,93 мм и радиус исходной продольнойкривизны Р 0 = 115 мм.Воздействие на ленту путем ее обжатия между рабочими валками с большой разницей в диаметрах осуществлялось между приводным валком с диаметром 250 мм и неприэодным валком сдиаметром 30 мм.Отношения диаметров валков равноМО 15= 8,33 и отношение диаметра малого валка в толщине заготовки равное30157,9, которые обеспечили преимущественно односторонний характерразвития пластической деформации,необходимый для требуемого измененияисходной кривизны, при этом заготовкуобращают к валку малого диаметра пассивным слоем, имеющим меньший коэффициент линейного расширения.25Степень общей деформации лентыв целом задавали в функции от требуемого изменения исходной кривизны.Так, например, изменению поперечной кривизны равному 0,002 " соотвеммтствовала степень общей деформацииленты в целом равная 0,05 и далее,соответственно, 0,006 и - О, 1,1 - 0,2, 0,010 в "0,6,0,011 в " - 2,0. Формула изобретения Способ прокатки листового материала, включающий операции охлаждения заготовки перед обжатием, обжатия заготовки в валках разного диаметра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения прокатки биметаллического материала, имеющего исходную продольную и поперечную кривизну и повышения качества прокатки, обжатию подвергают слой заготовки, выполненный из материала с меньшим коэффициентом линейного расширения, и обращают его в процессе прокатки к валку меньшего диаметра, который берут равным 20-340 толщинам заготовки, диаметр же большего валка берут 8,3-32 диаметра малого валка, а слой с большим коэффициентом линейного расширения подвергают упругому сжатию, при этом деформацию определяют по законам в функции соответственно от поперечной и продольной кривизны: Приведенная экспериментальная функциональная зависимость, пред ставленная на фиг. б, между степенью общей деформации ленты в целом Е и изменением ее поперечной кривизны ь К для данного материала со следующими механическими свойствами 4565 = 62 - , 8) = 116Е 0,36кг кг и 6 = 3,41 при коэффициенте пластического трения= 0,3 - 0,4 описывается законом, приведенным в Формуле изобретения..ЬЖ 1 НЕа ЕоЗЕ, +Е,Ск аЗнЕа и пЕ2 6 Ед+ Е,)ск 3 бО Использование предлагаемого способа прокатки при производстве лент из термобиметаллов позволит получать ленты, которые по радиусу поперечной кривизны будут соответствовать и, в некоторых случаях, превосходить требования ГОСТа 10533-63, а также значительно повысить производительность прокатных станов, производящих этот материал за счет повышения скорости прокатки, которая приводит к повышению температурыв очаге деформации и следоэательйо, к большей кривизна может быть исправлена путем применеНия предложенного способа прокатки. Например, исходная поперечная кривизна с радиусом 93 мм может быть исправлена полностьЮ.Кроме того, предложенный способ прокатки листового материала может быть использован с целью интенсификации процесса прокатки материалов с различными механическими свойствами и, в частности, высокопрочных сплавов путем применения в действующих рабочих клетях, имеющих ра- бочие валки сравнительно большого диаметра, одного иэ рабочих валков весьма малого диаметра, Это оказывается возможным благодаря регулированию остаточной кривизны листового материала после прокатки по предлагаемому способу.Высокая эффективность процесса прокатки в случае применения одного из рабочих валков весьма малого диаметра, а также возможность обоснованного управления параметрами процесса может обеспечить широкое внедрение изобретения эо многих областях листопрокатного производства. где Е, - степень общей деформации заготовки в целом, которая требуется для получения заданного изменения поперечнойкривизны;.Шароши Подписйое комитета ССи открытийушская наб. илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул; Проектная,Заказ 1583/13 ВНИИПИ по 113035