Раскрытие слитков при прокатке

Особое место среди явлений, сопровождающих процесс про­катки в гладких валках, занимает раскрытие слитков по гори­зонтальной оси при выходе металла из валков. Раскрытие слитков снижает производительность прокатного стана и качество горя­чекатаной заготовки, увеличивает отходы на обрезку концов полосы, брак полос по расслоению и пр.

Многие исследователи пытались установить причины этого явления и методы борьбы с ним. Так, Д. А. Петров пришел к вы­воду, что причину раскрытия слитков следует искать не в боль­шей пластичности середины слитка по сравнению с поверхност­ными слоями, как утверждает И. М. Павлов, а в обратном — в хрупкости его середины. Д. А. Петров показал, что сила, которая может сдержать раскрытие, составляет у слитков сплава Д16 сравнительно небольшую величину: примерно 2,5—3 т. Проводя ряд производственных опытов, Д. А. Петров изменял форму пе­реднего и заднего концов слитка (рис. 29).

И. М. Павлов утверждает, что двустороннее оковывание (окольцовывание) валков полосой происходит вследствие большой пластичности середины слитка: хорошо прогретая болванка про­катывается в чрезмерно холод­ных валках, поверхность ее захолаживается, в результате хо­лодная поверхность затягивает металл, и получается раскры­тие усов.

И. М. Павлов рассматривает только частный случай, на осно­вании которого нельзя объяс­нить причину раскрытия слитков в общем виде, учитывая, что при холодной прокатке оно всегда больше, чем при горячей.

Фирмой «Юнайтед» (США) для улучшения захвата и во избежание раскрытия слитков при горячей прокатке в кон­струкции дисковой пилы предусмотрен наклонный стол, позво­ляющий получать наклонную плоскость среза переднего конца сляба. В результате введения в технологический процесс допол­нительной операции явление раскрытия слитков было ликвиди­ровано, однако увеличились отходы на обрезку переднего и зад­него концов полосы. Поэтому предложение фирмы нельзя считать целесообразным.

Исследование течения металла в зоне деформации при про­катке алюминиевых сплавов методом скоростной киносъемки позволило установить зависимость раскрытия слитков от харак­тера течения металла. Анализ материалов киносъемки прокатки сплава Д16 показал, что раскрытие слитков связано с повышен­ной скоростью течения внутренних слоев по сравнению с кон­тактными в плоскости выхода металла из зева валков (рис. 30).

Дополнительно были поставлены опыты для изучения харак­тера распределения деформации в передней грани прокатываемого металла в зависимости от его формы и степени обжатия за проход методом рекристаллизованного зерна. При изучении распро­странения деформации в гранях оказалось, что в выпуклой части слитка она всегда меньше, чем в основной. Чем больше выпуклость грани, тем меньше проникает деформация внутрь выпуклости (рис. 31).

В образцах с овальной передней гранью деформация в вершине овала отсутствует даже при 30%-ном обжатии; в образцах с сег­ментной гранью деформация проникает в вершину грани уже при обжатии 10%.

То же самое происходит в образцах с различным углом в вер­шине передней грани. Чем острее угол, тем меньше вглубь грани проникает деформация. Только при угле передней грани 143° деформация проникает в вершину угла при 10%-ном обжатии, при остальных же углах деформация в вершину угла не прони­кает, что видно по сохранившейся исходной структуре в вер­шинах углов передней грани. Так как в вершину граней с углами

36 и 54° деформация почти не проникает, то величина угла в вершине грани т из­меняется с увеличением об­жатий за проход. При про­катке образцов с углами пе­редней грани 143 и 90° по­следние уменьшаются с уве­личением обжатия. Умень­шение угла в первом случае при 30%-ном обжатии дости­гает 22°, а во втором 10°. Уменьшение угла происходит в результате деформации ме­талла, находящегося в кон­туре передней грани.

Во всех случаях, когда грань выпуклая, деформация в ней или отсутствует, или значительно меньше по сравнению с общей деформацией прокатываемого металла.

В результате исследований установлено, что причина раскры­тия слитков — неравномерность течения металла в плоскости выхода металла из валков. При этом в зависимости от условий деформации повышенные скорости течения металла в плоскости выхода могут возникать в промежуточных (двойное раскрытие) или в центральных слоях (раскрытие по оси слитка).

Явление раскрытия слитков зависит от пластичности прокатываемого металла. Чем больше пластичность, тем меньше вероят­ность раскрытия.

Основным мероприятием для ликвидации раскрытия слитков следует считать прокатку только в одном направлении. Изменение направления прокатки приводит к образованию усов, ко­торые служат концентраторами напряжений в переднем конце слитка.

Придание выпуклости передней грани, конфигурация которой зависит от толщины прокатываемого металла, его пластичности и диаметра валков, полностью ликвидирует раскрытие слитков даже при изменении направления прокатки.

Применение «замка Петрова» обусловило использование по­перечной схемы прокатки слитков высоколегированных алюми­ниевых сплавов, которая стала классической и применяется прак­тически на всех заводах. Многолетний опыт работы показал, что этот способ защиты от раскрытий имеет высокую степень надеж­ности.

Однако поперечная прокатка препятствует повышению про­изводительности при производстве алюминиевых лент. Основной путь повышения производительности прокатки — увеличение

массы слитков. При поперечной прокатке ее можно увеличить только за счет увеличения высоты и ширины слитка, так как длина слитка, определяется шириной прокатываемого листа. Но увеличение этих размеров практически невозможно. С одной стороны, это приводит к усложнению технологии литья слитков и снижению их качества, с другой, увеличение высоты слитка огра­ничено углом захвата валков, что также способствует значитель­ному увеличению числа проходов, т. е. ведет к снижению про­изводительности прокатки. Поэтому под руководством автора были проведены исследования явления раскрытия слитков при прокатке с целью определения условий возникновения раскрытия и разработки мероприятий, устраняющих его при применении продольной схемы прокатки, которая позволяет значительно увеличить массу слитка за счет увеличения его длины.

На основе анализа напряженно-деформированного состояния переднего конца слитка при прокатке установлено, что раскрытие образуется вследствие действия взаимно противоположных изгибающих моментов, возникающих в верхних и нижних слоях слитка. Исходя из этого, определено условие прокатки без рас­крытия: — удельная работа изгибающего момента; —ударная вязкость прокатываемого сплава.

После подстановки в условие прокатки значения удельной работы изгибающего момента получили безразмерный критерий склонности к раскрытию:

где Н_ср — средняя высота очага деформации;

L —длина очага деформации.

Таким образом, при определенных размерах очага деформации (или размерах слитка) склонность к раскрытию определяется отношением σ_0,2/σ_н. Чем меньше это отношение, тем меньше вероятность раскрытия. Показатели σ_0,2 и σ_н значительно изме­няются с изменением температуры, однако их отношение в диапа­зоне температур прокатки меняется незначительно. Поэтому основным путем снижения к раскрытию при прокатке является повышение σ_н материала исходного слитка. Ударная вязкость материала слитка тем выше, чем плотнее и мельче его структура, чем более равномерно распределены легирующие компоненты.

Более равномерному распределению легирующих компонентов способствует высокотемпературная гомогенизация слитков.

Наилучшим качеством отличаются слитки, отлитые в электро­магнитном кристаллизаторе.

Дата добавления: 2015-08-13