Способ реверсивной прокатки сплошных круглых профилей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) мЫ 21 В 1/ ТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АТЕ ных круглых профилей, преимущест иэ легированных металлов и сплавов, ность изобретения: способ предусмат ет обжатие нагретой заготов несколько проходов валками, развер ми на углы подачи, имеющими два ко ских обжимных участка и расположе между ними калибрующий участок, ко образуют конические очаги деформа зонами калибровки. Причем в прохо положительным углом раскатки очагрмации удалены против неправ роквтки от оси разворота на угол по Валки имеют угол конусности не мене нв 30 меньше суммы угла конусност гов деформации и угла раск Предусмотрено применение мно венно Сущ- риваки за нуты- ниченный торые дах с и деления дачи,. е чем и очаатки,Ва гоко- з фои нусных валков, Изобретение повышает. выход годного и увеличивает производительность. 2 з,п. ф-лы, 1 илЗ табл.а рабочий ые, К - к угол кон угол кон угол рас - ось про прокатки - ось раэ бработке мехнологии реных круглых з легированвалок с либрую усн ости сн ости атки; катки с участками;щий;валка;очага дефор обжим У г д д ции; ется повышение произвоегированных ин из очеред- ложительным х-х лениемуказанным направ валков на угол под ачи; Ь - удаление очага направления прокатки о ков на угол подачи. Цель изобретения счет повышения дефор шения условий захвата дах с положительным также за счет повышенеформациоси развор отив валобеспечивае мируемости изаготовки в углом раска я качества и ся за улуч- прохоото вка;ормации, в которомлибрующая зона; ерх(21) 5021406/27(71) Верхнесалдинское металлургическоепроизводственное объединение(73) Верхнесалдинское металлургическоепроизводственное объединение(54) СПОСОБ РЕВЕРСИВНОЙ ПРОКАТКИСПЛОШНЫХ КРУГЛЫХ ПРОФИЛЕЙ(57) Использование: в обработке металловдавлением и технологии получения сплошИзобретение относится к о таллов давлением и касается те версирования прокатки сплош профилей, преимущественно и ных металлов и сплавов,Целью изобретения явля ние выхода годного и увеличе дительности при обработке л металлов. На чертеже изображен од ных проходов заготовки с по углом раскатки. На схеме использованы с обозначения: 1 - обжимаемая заг 2 - контур очага деф а - конус обжатия, к - каности при деформации на калибрующемучастке во всех проходах.Способ реализуется следующим образом. Заготовка из легированного металланагревается до температуры горячей деформации, соответственно своему химическомусоставу и подается на прокатку. Деформацию нагретой заготовки осуществляют реверсивно эа несколько проходов, в валках,развернутых на угол подачи вокруг осей у - у, 10перпендикулярных оси прокатки х-х, Валкиустанавливают под углом раскатки д. В проходах с отрицательным углом раскатки, т.е,выполняемых в направлении сближенияосей валков, очаги деформации создаютсяобжимными участками В и калибрующимиучастками К валков. В проходах с положительным углом раскатки, т.е, проходах, выполняемых в направлении увеличениярасстояния между осями валков, заготовка 20прокатывается в очагах, образованных другими обжимными участками А валков и темиже, что и в смежных проходах, калибрующими участками К. Очаги деформации во всехпроходах имеют конус обжатия а и кэлибрующую зону К постоянного диаметра. Причем в проходах с положительным угломраскатки очаги деформации удалены на расстояние Ь от оси разворота валков на уголподачи против направления прокатки в этих ЗОпроходах.Для организации многопроходной прокатки в реверсивном режиме и образованияпоследовательного ряда очагов деформации уменьшающегося диаметра после за- З 5вершения каждого прохода производитсяреверсирование направления вращениявалков и свод их на очередной калибр меньшего диаметра.Угол конусности обжимных участков 40очагов деформации а назначается таким, образом, чтобы совместно с установленными углами подачи 3 обеспечить уровень частн ых обжатий в пределах 12 - 20 ф,достаточный для сквозной проработки и уплотнения структуры металла по всему обьемураската. Известно. что зта задача решаетсясочетанием а =7 - 12; ф =15-300,Конфигурация рабочих валков, обеспечивающая достижение заданного профиляочагов деформации (угла а) при назначенных углах подачи и раскатки зависит от положения очагов деформации относительнооси разворота у-у(в данном способе рассто, яние Ь),55В проходах с отрицательным углом раскатки кинематика контактного взаимодействия валков (участки В и К) с заготовкойхарактеризуется уменьшением окружной скорости вращения вдоль очагов деформации. Создаются напряжения осевого сжатияв очаге деформации, способствующие уплотнению и проработке структуры металла,повышению его пластичности.В проходах с положительным углом раскатки очаги деформации смещены противхода прокатки от осиразворота у - у на расстояние Ь 1, С увеличением Ь все точкиповерхности рабочих валков на участках А иК удаляются от оси прокатки и образуемыйими очаг деформации искажается, становит-ся болеесвободнцм,значение аувеличивается. Для компенсации возникшегоискажения и восстановления первоначально заданного профиля очагов деформациинеобходимо увеличивать диаметр валков вкаждом сечении на величину искажения,пропорциональную расстоянию конкретного сечения от оси у-у, т.е. необходимоуменьшать угол у конусности обжимногоучастка валков А. С увеличением Ь растетнесовпадение контуров валков и образуемого ими очага деформации на обжимномучастке А. При Ь 0 контуры валков и очагапрактически накладываются друг на друга.Это несовпадение целенаправленно использовано в предлагаемом способе.Угол конусности валков рдолжен бытьпринят меньше, чем сумма угла конусностиочага деформации а и угла раскатки д.Вместе с уменьшением крутизны обжимного участка А увеличивается диаметрвалков на входе в очаги деформации и,уменьшается перепад диаметров вдоль обжимного участка А, Выравнивается распределение модулей окружных скоростейвращения валков по длине очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки,Создаются искомые условия повышения деформируемости металла, в которыхослаблены и контролируются растягивающие напряжения осевого напряжения, ограничено пластическое скольжение наповерхности контакта металла с валками;уменьшено скручивающее действие валков,активизирован захват раската валками и ускорено заполнение очага деформации. Аналогичные изменения вносятся и в геометрию общего для всех проходов калибрующего участка К. Уменьшение конусности калибрующего участка валков К, снижая скольжение и скручивание на нем, обеспечивает повышение точности геометрических размеров прутков при отсутствии задиров, царапин и др, поверхностных дефектов. Этим обеспечивается прямое новы 1817709шение выхода годного и достижение цели изобретения.Существенно важным элементом предложенного способа является то, что уменьшение конусности валков происходит эа счет увеличения меньшего торцевого диаметра валков. Рост диаметра валков в начальном сечении очага деформации повышает захватывающую способность валков, снижает время заполнения очага деформации.Кроме того, с увеличением меньшего торцевого диаметра валков существеннорасширяются границы сопредельного пространства, которое можно испольэовать для увеличения несущей способности прилегающей подшипниковой опоры. Поскольку впроходах с положительным углом раскатки эта опора воспринимает до 70-800 общего 5 10 15 фактора конструкторского переходит в фактор технологический, позволяющий реализовать оптимальные по деформируемости режимы обжатий. Применение повышенных обжатий за проход существенно сокращает общее количество проходов и поднимает производительность, В предлагаемом способе целевая установка - повышение производительности -является сложным откликом на целый ком плекс процессов, сопровождающих реализацию способа и порожденных совместным уменьшением о и удалением Ь 1 против хода прокатки.Росту производительности непосредственно способствуют уменьшение времени захвата и заполнения очага деформации в проходах положительным д; увеличение коэффициента осевой скорости за счет уменьшения скольжения металла, увеличение обжатий за проход и снижение количества проходов, повышение стойкости рабочего инструмента.По результатам опытных прокаток интегральное увеличение производительности составляет не менее 25-300 и может достигать 120 - 150 О.Полнота протекания описанных улучшающих процессов деформации и, соответственно, степень повышения выхода годного и производительности в решающей мере определяются снижением значения угла р конусности валков по отношению к сумме углов раскатки д и конусности очагов деформации а, т.е, отношением р/(а+ д).Это отношение определяет степень компенсационного увеличения диаметра валков в каждом сечении участков А и К. В соответствие предложенным заготовку де 35 40 45 50 55 давления металла на валки, ее усиление из 20 формируют в условиях снижения угла р на участке А не менее, чем на 30;6 по сравнению с (а+ д). Т,е. соблюдают условиер 0,7(а+ д). (1) Как показывают непосредственные эксперименты, выполненные на стане МИСиС 100 Т, соблюдение соразмерности (1) уменьшает крутизну перепада диаметров до уровня, надежно удерживающего величину растягивающих напряжений в безопасных пределах, гарантирующих бездефектную деформацию слитков и заготовок из легированных металлов и сплавов. Деформация заготовок характеризуется уверенным подавлением очагов пластического разрыхления и зарождения макроразрывов металла,В этих условиях растет деформируемость слитков и заготовок, снижаются технологические отходы, Структура получаемого проката характеризуется устойчивым повышением плотности, дисперсности и однородности по мере реализации способа, т.е, с увеличением достигнутой степени обжатия.Фрагменты экспериментальных данных представлены в табл. 1,Уменьшение угла р ограничивает развитие процессов пластического скольжения металла на контактной поверхности и скручивание раската в очаге деформации,В ходе практической отработки способа получены результаты, непосредственно свидетельствующие о создании весьма благоприятных условий деформации для периферийных обьемов металла. Прокатка непрерывнолитых заготовок из быстрорежущей стали Р 6 М 5 с искусственно нанесенными продольными рисками показала, что уменьшение угла р по соотношению (1) ограничивает развитие процессов пластического скольжения (коэффициент осевой скорости. приближается к 1) и снижает скручивание раската в очаге деформации. Это реализует обоснованные предпосылки для формирования качественной поверхности раската и получения высокой точности геометрических размеров, При прокатке в условиях контролируемого натяжения через смещение Ь и ограниченного скручивания происходит трансформация исходных поверхностных дефектов на минимальную глубину от поверхности, Процессы поражения поверхности новыми дефектами отсутствуют, По ходу осуществления способа поверхность раската стабильно облагораживается, достигая в конечном профиле состояния, не требующего дополнительного ремонта.Одновременно снижается .напряжен- Этот вариант способа направлен на обность работы прокатных валков и возраста- работку наиболее труднодеформируемых ет их стойкость. сталей и сплавов, например никелевых поИскомое снижение угла конусности вал- рошковых суперсплавов, на пределе допуков по соотношению(1) обеспечивается ди.- 5 скающих пластическую обработку (серии станционированием очагов деформации от: ЖС, ЭК 31 и др,), Он целесообразен также оси разворота валков йа угол подачи против для составов сильно загрязненных примесхода прокатки на величину Ж.. ными элементами, снижающими пластичСмещение очагов. деформации протИв ность; Концепция и порядок реализациихода прокатки от оси разворота валков на 10 способа в варианте по и, 3 остаются прежугол подачи, достаточное для выполнения ними в полном обьеме эа исключением опсоотношения (1), главным.образом зависит, ределения углов у и а; Для соблюдения от величины угла подачи. Чем больше. угол, соотношения (1) и достижения цели изобреподачи,. тем интенсивнееискажение очага:. тения они должны быть взяты по средним деформации,большекомпенсационноеуве значениям, которые определяются по на-.личение диаметров валков и тем меньше клонным образующим,соединяющим начазначение А, при котором выполняется со-ло контакта заготовки и валков с концом отноШение (1); Для углов подачи 15-30 О, на. :обжимного участка А.которые ориентирован способ удаление .Учитывая смягчающее влияние снижедолжно.составлятьнеменее 0,1-0,2 диамет нйяотношенияна словие ефо ма. ра валков в крайнем сечении очагов дефор- н"я отношения+ на условие де .ормамации в проходах с положительным углом. ции металла в проходах с положительным раскатки,. углом, можно указать. направление рациоСоотношение (1) определяет минималь- нальноговыбора значений отношения в заный.уровень снижения угла ф. необходи:висимости от комплекса технологических мый: для реализации положительногосвойств конкретных легированных метал- эффекта и достижения цели изобретения. В лов и сплавов и состояния исходных заготорамках эксплуатируемых процессов управ-:вок (слитков). Общая закономерность. , ления условиями деформации металла в такова. Относительнопластичныевгорячейпроходах с положительным углом раскатки 30 прокатке материалы, как, например, быстмаксимальный уровень снижения . р не ог- рорежущие стали типа РОМб, жаростойкие.раничен. и может достигать 100 суммы стали типа 45 Х 14 Н 1482 М и т.п., допускаю(а+ д). В этом случае угол р абсолютно ми- щие деформацию при достаточно сильных .нимален и равен 0. Однако практическая растягивающих напряжениях целесообраз-: целесообразность такого. снижения, как 35 но прокатывать при у,5 - 0,7) (а+д), т.е.правило, не состоятельна, так как она связа- при режимах минимально необходимо ограна с чрезмерно большими удалениями оча- ничения растягивающих напряжений. По гов деформации от оси разворота валков на мере усложнения комйозиционного состава угол подачи, не сбалансированным увепичв- сплавов снижение деформируемости загонием длины валкового узла, увеличением 40 товокипаденияспособностипротивостоять габаритов прокатной клети и т.д. Кроме то- растягивающим напряжением требуются .го, по верхнему пределу Ь ограничено из- более строгие ограничения по уровню осеменением геометрии обжимного участка вого натяжения, которые создаются адек-.валков В. Необходимо следить; чтобы об- . ватным уменьшением, При прокаткежимнойучасток валков В, как и в прототипе, 45 Ю+- ймел убывающий по ходу прокаткидиаметр жаропрочных никелевых сплавов типаДля абсолютйого большинства практически. ХН 77 Т 1 ОР, безвольфрамовых быстрорежу. возникающих случаев новый способ обеспе- щих сталей типа ЭК 41, ЭК 42 и др, целесообчивает высокую эффективность при макси-разно придерживаться Р=(0,3-0,5)(а+д). А50 наиболее сложные в горячей прокатке жамальном снижении до 0,1-0,2, чтоа+ д 01 02 ропрочные сплавы с интерметаллидным упсоздаетсяудалениемЬ очагов деформации рочнением, такие как ХН 51 ВМТЮКФР; положительных углов раскатки на величину . никелевые сплавы серии ЖС 6 и др. следует порядка 0,6-0,8 диаметра валков в выход-, деформировать при наибольшем ограниченом сечении очагов деформации. 55 нии напряжений растяжения при р=(0,1 В соответствии с предложенным заго- О,ЗКй+д). Необходимые удаления очаговтовку обжимают валками с многоконусными деформации от оси разворота валков на угол обжимными участками, образующими мно- подачи, обеспечивающие указанные интергоконусные очаги деформации. валы снижения, зависят от угла подачи. Дляуглов подачи 15-30 положительный эффектспособа реализуется при удаленияхЬ =(0,1 - 0,8)ф 06,Определенйе смещения Ж, обеспечивающего применение валков с углом конусности у, удовлетворяющим существенномуотличительному признаку по соотношению(1), при заранее заданных углах подачи, раскатки и конусности очагов деформации, целесообразно вести расчетным способом поизвестной методике, Но не исключены идругие подходы,Обозначенные по р интервалы могутбыть рационально связайы с исходнымуровнем сплошности литого металла и способами выплавки. Отношение следуетуменьшать по интервалам в ряду: 1) слиткийосле улучшающих переплавов ЗШП, ВДПи др 2) слитки открытой дуговой выплавки;3) нвпрерывнолитые слитки и заготовки.П р и м е р 1. Предложенный способреализован на стане реверсивной винтовойпрокатки 180 ТР. Прокатке подвергали заго: товки(слитки) диаметром 120 мм из быстрорежущей стали Р 6 М 5, аустенитного нижелевого сплава ХН 77 ТЮР, жаропрочногосплава ХН 51 ВМТЮКФР. Пад деформациюзаготовки нагревались в камерной электро йечи до температуры 1100 С; 1160 ОС;1140 ОС соответственно указанным маркам.. Прокатку вели в валках диаметром 300 ммпо калибрующему участку. Длина калибрующего участка 60 мм, Валки устанавливалисьпод углом раскатки 12 О (по абсолютной величине) и разворачивались на угол подачи20 О. По обе стороны от калибрующего участка на валках выполнялись конические об-.,жимные участки. Прокатка велась допрофиля диам. 60 мм,Реверсивная прокатка заготовок из стали Р 6 М 5 выполнялась за 3 прохода, из сплава ХН 77 ТЮР за 5, и ХНБ 1 ВМТЮКФР за 9.При этом знак угла раскатки чередовался попроходам,Валки устанавливались относительнооси разворота на угол подачи таким обра: зом, что.образуемые ими очаги деформациив проходах с положительным углом раскатки смещались от этой оси против хода прокатки.Параметры удаления, углы конусностиобжимных участков валков, углы конусностиобразуемых ими очагов деформации в проходах с положительным углом раскаткипредставлены в табл. 2. Эти параметры реализуют рациональные режимы предложенного способа конкретного для каждого изперечисленных материалов,Полученный прокат подвергался всестороннему анализу качества в объеме требований ГОСТ 19265-75 (сталь Р 6 М 5) и ТУ 14-1-223-72 (с пла в ы Х Н 77 Т 6 Р,ХР 51 ВМТЮКФР). Исследование структуры,свойств и качества поверхности показало5 полное соответствие состояние металланормативным параметрам.Параллельная реализация способа-про.тотипа на идентичных исходных слитках показала наличие в готовом прокате10 недопустимой осевой рыхлости и пористости, которые образовались в результате дей"ствия напряжений осевого растяжения впроходах с положительным углом раскатки.Кроме того, на поверхности раската име 15 лись трещины и задиры металла, происходящие от повышенного контактногоскольжения и высокого скручивающего действия валков,По сравнению с прототипом новый спо 20 соб позволяет при одинаковом суммарномобжатии сократить общее число проходовна 2-3, за счет усиления меньшей опоры иповышения обжатия, в проходах с положительным углом раскатки.28 П р и м е р 2, Предложенный способреализован: для реверсивной прокаткисплошных прутков диаметров 60 мм ие.полунепрерывнолитых слитков диаметром 125мм. Материал - быстро режущая сталь Р 6 М 530 с повышенным содержанием примесныхэлементов(Я, Р, 31), существенно снижающих деформируемость слитков. Реверсивная прокатка велась в многоконусныхвалках, образующих очаги деформации с35 многоконусными обжимными участками.Геометрические параметры валков и соответствующих им очагов деформации. представлены в табл. 3.Угол подачи валков 20 О, угол раскатки40 +-.12 О, Диаметр валков по калибрующемуучастку 300 мм. Длина калибрующего участка 60 мм; Прокатка велась реверсивно за 5проходов, при чередовании знака угла раскатки, начиная с положительного. В первом,45 третьем и пятом проходах заготовка прокатывалась при положительном угле раскатки+12 в очагах деформации, смещенных против хода прокатки от оси разворота валковна угол подачи. Величина смещения состав 50 ляла 40 мм. В данном варианте выполнения способа соотношение (1) соблюдается для средних значений углов конусности обжимных участков валков рр и образуемых ими очагов деформации акр. Средние значения определяются по наклонным образующим, соединяющим начальную точку контакта заготовки с валками с концом обжимного уча12 1817709 Таблица 1 Влияние отношения + на состояние поверхности и макроструктуры прутков из быста+рорежущей стали Р 6 М 5 (Режим реверсивной прокатки, исходный диаметр 125 мм; конечный диаметр 60 мм; количество проходов 5; угол подачи 20; угол раскатки д =+-12; уголконусности очагов деформации а=9 ) Пример режимаУгол конусности валков рприд 0,град,Отношение Состояние металла Снижение у по отношению к (а+ д),по макро- структуре 0,95 20 Грубые разрывы до 7 ммглубиной Трещины глубиной 0,5 - 1,2мм Разрывы, пустоты17 20 0,8 Грубая 5-6балла (недопустимо по ГОСТ 19265 - 73) Удовлетворительное 1-2баллаУдовлетворительное 1баллаН 15 0,7 20 Ровная бездефектов 12,5 0,6 40 50 0,5 11,5 стка. Аналитически они могут быть определены по формуламаср=агсщ( Ь 3/2 И);рср агсд ЬОв/21 в),где Ь б - обжатие заготовки на обжимном участке;. ЬОв - перепад диаметра валков на обжимном участке;И - длина обжимного участка очага деформации вдоль оси прокатки;1 в - длина обжимного участка валков (вдоль оси валка).Перед прокаткой заготовки нагревались до 1060 С+20, что несколько ниже, чем в примере 1, и что обеспечивает относительную термическую стабильность легкоплавких включений, содержащих примесные элементы.Прокатка проходила устойчиво при активном захвате раската, в том числе и в проходах с положительным углом раскатки. Образование разрывов на поверхности и обьеме. раската не отмечено,Полученный прокат диаметром 60 мм контролировался в обьеме требований ГОСТ 19265-75. Контроль макроструктуры, карбидной неоднородности и механических свойств выявил полное их соответствие установленным нормативам..формула и зоб рете н и я 1. Способ реверсивной прокатки сплошных круглых профилей, включающий обжатие нагретой заготовки за несколько проходов валками, развернутыми на угол подачи вокруг осей, перпендикулярных оси прокат ки, установленными под углом раскатки, и Б имеющими два конических обжимных участка и расположенный между ними калибрующий участок, которые образуют конические очаги деформации с зонами калибровки при проходном изменении знака угла раскатки, 10 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения выхода годного и увеличения производительности при обработке легированных металлов и сплавов, в проходах с положительным углом раскатки заготовку 15 обжимают при смещении очагов деформации против направления прокатки от оси разворота валков на угол подачи.2. Способ по и. 1, о тл и ча ю щи й с ятем, что обжатие в проходах сполокитель ным углом раскатки осуществляют с угломконусности обжимного участка, который минимум на 3000 меньше суммы угла конусности очагов деформации и угла раскатки. 25 3, Способ по п,2, отл и ч а ю щи й с ятем, что заготовку обжимают валками с многоконусными обжимными участками, образующими многоконусные очаги деформации, при оговоренном соотноше нии между углами конусности валков, очагов деформации и раскатки по их среднимзначениям,14 1817709 Таблица 2 Таблица 3 Параметры многоконусных участков валков и образуемых ими очагов деформации в проходах с положительным углом раскаткиЗначение Па амат Обжимной участок валков: количество конусов углы конусности по конусам(индексация по ходу прокатки),град ф 1 Щ средний угол конусности обжимного участка валков, град т"сэ Обжимной участок очага деформации: количество конусов углы конусности конусов очагов деформации, град а 1 Щ средний угол конусности обжимного участка очагов деформации, град гсср Отношение Сср + Удаление очагов деформации от оси разворота валков на угол подачи, мм15,0 12,0 14,1 10 6 8,1 0,7 40 Параметры обжимных участков и образуемых ими очагов деформации в проходах с положительным углом раскатки (угол раскатки д-+-12, обозначения в соответствии с фиг. 2)1817709Составитель Е. Бейнфест Редактор Г. Мельникова Техред М. Моргентал Корректор М, Ткач Заказ 1734 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10