Способ горячей прокатки плит из алюминиевых сплавов

2) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ к авторск идетельству е: го спла у осу ячая п тка плитость изо ществляют ины прока м аемоохода ,05 с мыми предетолщ аметруеделахобжати алк от 0,55ями, выбь прокаткий завис скорост тическ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Белокалитвинский металлургическийзавод (56) Авторское свидетельство СССР Х82922, кл, В 21 В 3/00, 1979. Авторскоесвидетельство СССР Х 1048612, кл. В 21 В3/00, 1981. Журнал "Известия ВУЗов", сер.Черная металлургия, 1986, Х 1, с,49-51.(54) СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИПЛИТ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 19) ЯЗ 11) 17955(57) Использованиз алюминиевыхбретения; прокаткшением отношениго металла к дик проходу в протносительнымииз соотношений,ляют по мат емтабл,95589 3 17Изобретение относится к прокатке металлов и может быть использовано при горячей прокатке плит из алюминиевых сплавов,В изделиях машиностроения широко используются панели, изготавливаемые путем механической обработки катаных плит из алюминиевых сплавов. При этом полотно панели формируется из приповерхностных и промежуточных слоев по толщине плит, что в свою очередь предопределяет повышенные требования к структуре и механическим свойствам плит в этих слоях. На условия формирования структуры и механических свойств в приповерхностных и промежуточных слоях по толщине плит существенное влияние оказывают схема напряженного состояния и температурные условия деформации металла при прокатке,При напряженном состоянии, характеризующимся действием растягивающих напряжений в высотном направлении в приповерхностных и промежуточных слоях по толщине раската, и повышении температуры металла из-за деформационного разогрева в зонах максимальных сдвиговых деформаций формируется шиферная структура. При испытании в высотном направлении образцов с шиферной структурой разрушение происходит у захватов образцов. Как правило, относительное удлинение снижается на 1-2 абс,о при сильной шиферности структуры относительное удлинение падает до нуля, предел прочности также снижается, Поэтому одной из важных является проблема установления режимов прокатки, исключающих образование и развитие шиферной структуры в приповерхностных и промежуточных зонах по толщине проката,Известен способ горячей прокатки плит из малопластичных сплавов, например алюминиевых, включающий нагрев и последующую прокатку литого слитка с повышением от прохода к проходу отношения длины дуги захвата к текущей толщине раската, согласно которому прокатку в проходах с этим отношением в пределах 0,5-0,6 производят с коэффициентом напряженного состояния, равным 1,0-1,05, при относительных обжатиях за проход 15-200 и поддержанием температуры прокатки в пределах +10 С от начальной, Известный способ обеспечивает получение плит с повышенными механическими свойствами и уменьшенным количеством расслоений в центральных по толщине слоях плит за счет улучшения их пластической проработки при действии сжимающих напряжений в продольном направлении. Однако недостатком этого способа является неудовлетворительное качество плит за счет пониженного уровня механических свойств и дефектов структуры металла в приповерхностных и промежуточных слоях по толщине плит, обусловленное действием растягивающих напряжений в высотном направлении и деформационным разогревом металла в зонах максимальных сдвиговых деформаций.Известен также способ горячей прокатки плит из малопластичных сплавов, включающий прокатку плоского слитка с повышением от прохода к проходу отношения длины дуги захвата к средней толщине раската, согласно которому прокатку начинают при отношении длины дуги захвата к средней толщине раската 0,4-0,5 с коэффициентом вытяжки в каждом проходе 1,1-1,15 и заканчивают с коэффициентами вытяжки в каждом проходе 1,3-1,45 при показателе пластической проработки металла 1,0-2,0, По таким режимам деформирования получают плиты с повышенным уровнем механических свойств в центральных слоях по толщине за счет уменьшения расслоений и улучшения пластической проработки металла,Однако недостатком этого известного способа является его применение лишь для прокатки плит из низких по высоте слитков, когда в первых проходах отношение длины дуги захвата к средней толщине раската составляет 0,4-0,5, в то время как для получения требуемых габаритов плиты обычно прокатывают из слитков повышенной высоты при отношении в первых проходах длины дуги захвата к средней толщине раската в пределах 0,1-0,2. Кроме того, интервал частых вытяжек, с которыми необходимо проводить прокатку по этому способу, приводит к появлению значительных по величине высотных растягивающих напряжений в приповерхностных и промежуточных слоях плит по толщине и ухудшению тем самым механических свойствИзвестен способ горячей прокатки плит из алюминиевых сплавов с уменьшением отношения о толщины прокатываемого металла Ь, к диаметру валков 0 в проделах от 0,30 до 0,05, по которому прокатку при 0,15ц0,08 осуществляют с относительным обжатием 0,15е0,20, Это позволяет устранить расслоение металла в центральной части раската. Однако извесгный способ имеет такие же недостатки, что и предыдущие,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре795589 5 1 зультату является способ изготовления крупногабаритных плит из труднодеформируемых алюминиевых сплавов, включающий литье слитков, их гомогенизацию и прокатку с общим коэффициентом вытяжки 3,5-6,4 с частными обжатиями на первом проходе 0,09-0,12 и последующим увеличением их до 0,3, Прокатка с частными обжатиями в предложенных пределах протекает в условиях отсутствия продольных растягивающих напряжений в центральных по толщине слоях раската, что позволяет повысить уровень механических свойств плит в этих слоях.Однако недостатком этого известного способа, принятого за прототип, является назначение частных обжатий по проходам без учета влияния обжатия на величину и неравномерность распределения напряжений и деформаций по высоте раската, что приводит к появлению значительных по величине высотных растягивающих напряжений в приповерхностных и промежуточных слоях по толщине плит, а также перегреву металла в зонах максимальных сдвиговых деформаций и обусловливает возникновение, развитие шиферной структуры при снижении механических свойств металла в этих слоях,Целью изобретения является повьппение качества металла за счет улучшения структуры и повышения механических свойств.Для достижения этой цели в способе горячей прокатки плит, включающем нагрев и прокатку с уменьшением отношения ц толщины прокатываемого металла Й, к диаметру валков 0 от прохода к проходу в пределах от 0,05 до 0,05, прокатку ведут с относительными обжатиями по проходам, выбираемыми из следующих соотношений:при 0,55о0,4; 0,05я0,1 при 0,4 ц0,3;0,09 я0,17 при 0,3 ц 0,25;0,13 е 0,18 при 0,25 о 0,15;0,15 а 0,2 при 0,15о0,1; 0,1я0,15 либо 0,26е,35при 0,1 ц а 0,05;0,18 в 0,245 а скорость прокатки определяют из следующей зависимости:+ю,ее(е -а)оС где Ч, - коэффициент, равный 1,0 дляпластичных и 0,82 для малопластичныхалюминиевых сплавов; 0, - температура, при которой сплав имеет максимальную пластичность; 0 - температура раската; О - температура, при которой наступает перегрев сплава. 6Сущность способа заключается в том, что при прокатке плит с относительными обжатиями по проходам и со скоростью, установленными в зависимости от геометрических параметров очага деформации и температуры металла по предлагаемым соотношениям, создаются благоприятные схемы напряженного состояния металла, которые характеризуются отсутствием высотных растягивающих напряжений в приповерхностных и промежуточных слоях по толщине раската либо их незначительным значением, а также исключается перегрев металла в результате его деформационного разогрева, что в конечном итоге предупреждает формирование шиферной структуры и обусловливает повышение механических свойств металла, Кроме того, при прокатке по указанным режимам на оси симметрии раската реализуется также благоприятная схема напряженного состояния, что приводит к повышению механических свойств плит в центральны слоях и предупреждению раскрытия металла,Предложенные зависимости для определения относительных обжатий по проходам получены по результатам совместного теоретико-экспериментального исследования кинематики процесса прокатки с использованием математической модели, построенной на базе метода суперпозиции гармонических течений с последующими локализацией и уточнением и применением метода муар, на основании которого установлены закономерности влияния геометрических параметров очага деформации на напряженно-деформированное состояние и деформационный разогрев металла в любой точке очага деформации, Уравнение для определения скорости прокатки получено путем аппроксимации зависимостей изменения температуры по сечению раската из-за деформационного разогрева от ц и я при разных скоростях прокатки, рассчитанных на основе вышеуказанной математической модели процесса прокатки.Отклонения от заданных интервалов изменения относительного обжатия за проход для фиксированного параметра о приводит к появлению значительных по величине растягивающих напряжений, ухудшению структуры и снижению механических свойств. Например, при изменении геометрических параметров очага деформации в интервале 0 1о0 15 и 0 15в0 25 в приповерхностных слоях и на оси симметрии появляются зоны больших высотных растягивающих напряжений на входе металла в очаг деформации и на выходе из него,7 179 Величина этих напряжений достигает (1,3- 1,8) огде о,- напряжение пластического сдвига, При ц = 0,1 и е = 0,25; ц = 0,15 и е = 0,15 в приповерхностных слоях и на оси симметрии полосы образуются схемы всестороннего неравномерного растяжения. При 0,05ц0,1 относительное обжатие за проход не должно превышать 0,245 и не должно быть меньше 0,18, В противном случае на выходе металла из очага деформации в приповерхностных слоях и на оси полос возникают высотные растятивающие напряжения, Для остальных диапазонов изменения геометрических параметров очага деформации, перечисленных в способе, наблюдаются аналогичные явления. Однако именно диапазон 0,05 ц0,2 является наиболее опасным с точки зрения образования высотных растягивающих напряжений, величина которых принимает большие значения.Для исключения перегрева металла в результате его деформационного разогрева скорость прокатки в каждом проходе необходимо назначать в зависимости от параметров ц и е и температуры подката по предложенной зависимости, В противном случае при произвольном назначении скорости прокатки при выбранных параметрах ц и е наступит перегрев металла и, как следствие, ухудшение структуры и снижение механических свойств в высотном направлении. Если при расчете скорости Ч ее значение становится нулевым или отрицательным, то необходимо изменить значения е в пределах заданных интервалов для соответствующих ц или понизить температуру подката В (охлаждением) до получения положительного значения.Назначенные в способе режимы обеспечивают ведение прокатки при благоприятных схемах напряженного состояния и отсутствии перегрева металла в приповерхностных и промежуточных слоях по толщине раскатов, что исключает зарождение и развитие шиферной структуры и обусловливает повышение механические свойств плит в высотном направлении,При сравнении предлагаемого технического решения не только с прототипом, но и другими известными решениями и публикациями в технической литературе не обнаружено совпадений ни по существенным отличительным признакам, ни по техническим свойствам, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". 5589 8Способ осуществляют следующим образом (на примере изготовления плит из сплава 1163 в состоянии Т 1). Слитки размером 390 х 1300 х 6000 мм и 300 х 1300 х 6000 м (прототип) отливают при температуре 685- 710 С со скоростью 60 - 65 мм/мин, Гомогенизирующий отжиг слитков проводят при температуре 480 - 500 С в течение 18 ч, После механической обработки слитки размером 360 х 1250 х 1500 и 270 х 1250 х 2000 мм (прототип) нагревают и осуществляют их горячую прокатку до получения плит размером 45 х 1250 х 12000 мм.Прокатку производят на реверсивном стане 2800, имеющем рабочие валки диаметром 750 мм. Закалку плит производят на агрегате закалки, температура нагрева перед закалкой 495 - 500 С, время выдержки 105 мин. После закалки плиты правят растяжением с остаточной деформацией 1,7- 2,2. Старение плит производят при температуре 190 С в течение 11 ч, После старения осуществляют ультразвуковой контроль плит и отбирают образцы для контроля структуры и механических свойств плит.Технологические режимы осуществленияпредложенного способа (плиты Х 1 - 4), способа по прототипу и по опытным режимам Х 1-3 приведены в табл.1,Порядок расчета обжатий по предлагаемому способу. Определяют обжатие и температуру раската исходя из допустимых энергосиловых параметров стана и угла захвата, определяют параметр ц, затем рассчитанное обжатие сравнивают с предлагаемыми для данного значения ц и при необходимости корректируют, Затем определяют по предложенной зависимости скорость прокатки и, если надо, корректируют ее изменением обжатия и (или) снижением температуры раската, Во всех случаях значения е изменяют в пределах интервалов для соответствующих значений ц, определенных расчетом.Ограничивающими факторами при построении режимов явились э нергосиловые параметры действующего стана горячей прокатки 750/1450 х 2800 и возможность оценки качества плит по стандартным методам испытаний, По этим причинам испытания предлагаемого способа выполнены при 0,48ц0,07, а для осуществления способа по прототипу использован слиток толщиной 270 мм.В конкретных примерах выполнениярежимы прокатки плит Х 1-4 по предлагаемому способу включают как граничные значения ц и е, так и средние значения е,795589 10 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ либо 0,26е0,35;пги О, 1с 0,050,18е0,245,02105 + 5 2 +о е 15,88(9 -8)о 0,28 еи 9 1 в т.ч. для наиболее неблагоприятного диапазона 0,2 а ц0,05.В табл,1 приведены также опытные режимы прокатки плит, Опытный режим Х 1 включает наиболее неблагоприятные сочетания е и ц в диапазоне 0,2ц0,05, приведены для оценки влияния высотных растягивающих напряжений на структуру и свойства металла при соблюдении скоростных условий деформации по предлагаемому способу.В опытном режиме Х 2 соотношения ц и е, соответствуют заявленным (см,плиту Х 1 ), однако скорость прокатки не регламентирована, а принята по установившейся практике прокатки, Этот режим приведен для оценки влияния скорости прокатки на структуру и свойства плит при благоприятной схеме напряженного состояния.Опытный режим г 1 3 отличается от режима Х 2 по схеме обжатий, Режим приведен с целью подтверждения необходимости регламентирования скорости и темпеСпособ горячей прокатки плит изалюминиевых сплавов, включающй нагрев ипрокатку с уменьшением отношениятолщины прокатываемого металла по кдиаметру валков Р от прохода к проходу впределе 0,55 до 0,05, отличающийся тем,что, с целью повышения качества металлаза счет улучшения структуры и повышениямеханических свойств, прокатку ведут сотносительными обжатиями по проходам,выбираемым из следующих соотношений:при О, 55 сг О, 4005 с 0,1;гни О 4 с 1 О 3О 09еО, 17;пРи О, 3с( О, 25О, 13е 5 О, 18;пРи 0,25с(0,15О, 15сО 2;при О, 15 - сО, 1О, 1е 5 О, 15 ратуры прокатки по предложенной зависимости,При построении режимов прокатки плит по предлагаемому способу приняты (по данным экспериментальных исследований);- температура максимальной пластичности сплава 1163 в литом состоянии 450 С, в деформированном 400 С,- температура перегрева сплава и начала образования шиферной структуры 445 С.Показатели качества прокатанных плит приведены в табл.2,Как видно из табл.2, предлагаемый способ горячей прокатки позволяет по сравнению с известным способом улучшить структуру металла и повысить механические свойства (относительное удлинение) по толщине плит,Внедрение предлагаемого способа осуществляется в прокатных цехах заводов авиационной металлургии и позволит решить важную задачу получения деталей авиационных конструкций с улучшенными характеристиками по надежности и ресурсу. а скорость прокатки определяют из следующей зависимости: где Ч, - коэффициент, равный 1,0 дляпластичных и 0,82 для малопластичныхалюминиевых сплавов, 0, - температура, при которой сплав имеет максимальную пластичность, 0 - температура раската, 0 - температура, при которой наступает перегрев сплава и образование шиферной структуры.1795589 1 г Таблица Сопоставление режимов прокатки плит по предлагаемому способу и прототипу П е агаемый способ Плита М 1ЬЬ, мм Ьо, мм а. б/ ч,б/ м/с Продолжение табл, 1 Предлагаемый способ ММ проходовПлита Р 2 ЬЬ, мм 1 ФМи охо ов ЬОз мм Ц б/ ч,м(с б/ 1 2 Э 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 б 8 9 10 11 12 13 14 15 360 341 322 303 283 257 229 201 173 145 120 98 84 72 57 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 19 19 19 20 26 28 28 28 28 25 22 14 12 15 13 360 241 322 302 276 250 222 192 164 136 110 81 59 0.0528 0,0557 0,059 0,066 0,0919 0,1089 0,1223 0,1393 0,16180,1724 0,1833 0,1429 0,1429 0,2083 0,2105 19 19 20 26 26 28 30 28 28 26 29 22 14 0,480,45470,42930,4040,37730,34420,30530,2680,23070,19330,160,13070,1120,0960,076 0,0528 0,0557 0,0662 0,0861 0,0942 0,112 0,1351 0,1458 0,1707 0,1912 0,2636 0,2716 0 2373 0,480,45570,42930,40270,3680.330,2960,2560,21870,18130,14670 1080,787 2,92 2,7 2,62 2,35 2,15 2,00 1.81 1,64 1,46 1,348 1,23 1,20 1,19 1,16 1,15 2,92 2,7 2,43 1,84 1,67 1,5 1,37 1,23 1,13 1,05 0,95 0,91 0,83 440 445 444 443 442 440 439 438 436 434 432 429 426 423 420 440 445 444 444 444 443 442 440 438 436 436 434 430Плита М 3 0,480,4560,4320,40930,3880,3520,320,29070,2520,21870,18530,15730,14130,12670,11330,10130,9070,733 Продолжение табл. П е агаемый способ Плита Ь 412 10 13 14 0,48 0,453 0,425 0,396 0,36 0,326 0,296 0,2653 0,236 0,208 0,1813 0,1427 0,1133 0 085 Продолжение табл, 1 Опытный режим М 2 МВп охо ов Не рег ламен,2 тиру,2ет,6 ся 1,61,6 1,6 2,0 2,0 2,0 2,0 2,3 2,3 2,3 2,3 440 445 1 2 3 а 5 б 7 В 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 360 341 322 303 283 257 229 201 173 145120 98 84 72 57 360 340 319 297 270 254 222 199 177 156 136 107 85 64 19 19 19 20 26 28 28 28 28 25 22 14 12 15 12 20 21 22 27 25 23 23 22 21 20 29 22 21 19 0,528 0,557 0,059 0,066 0,0919 0,1089 0,1223 0,1393 0,1618 0,1224 0,1833 0,1429 0,1429 0,2083 0,2105 0,0556 0,0618 0,069 0,0909 0,0926 0,0939 0,1036 0,1106 0,1186 0,1282 0,2132 0,2038 0,2471 0,2969 0,48 0,455 0,429 0,404 0,377 0,344 0,305 0,268 0,231 0,193 0,16 0,131 0,112 0,096 0,076 2,38 2,08 1.96 1,82 1,72 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,01 1,0 0,95 087 440 446 445 443 441 440 439 438 437 436 435 434 432 43010 13 14 Не регла- ментиру- ется 440 430 Таблица 2 Сопоставление показателей качества плит по предлагаемому способу, прототипу и опытным режимамОтносительное удлинение в направлении по толщине плит,мин-макс с е нее ММпп Способ Примечание Шифер ность отсутствует По требованию заказчика относительное удлинение должнео быть неменее 3.0 фь Предлагаемый Плита М 14,2 Шиферность отсутствует Ы. З 0 плита ЬЬ 2 3,0 Шиферностьотсутствует плита М 3 4,0 Шифер ность отсутствует плита М 4 4,4 Слабая шиферность