Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ПОЛОС С ОДНОСТОРОННИМ РИФЛЕНИЕМ

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при получении стальных горячекатаных полос с ромбическим и чечевичным рифлением.

Известен способ горячей прокатки стальных полос с односторонним рифлением, включающий их многопроходное обжатие в клетях непрерывного широкополосного стана, согласно которому последний проход ведут в рабочих валках, на поверхности бочки одного из которых выполнены чередующиеся ряды лунок, а другой имеет гладкую бочку [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что рабочие валки имеют низкую стойкость из-за циклических термических и силовых нагрузок, возникающих в процессе горячей прокатки полос, что увеличивает расход рабочих валков и снижает качество стальных полос с односторонним рифлением.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ, включающий горячую прокатку полос с односторонним чечевичным рифлением в заключительном проходе с обжатием 27% в рабочих валках, на поверхности бочки одного из которых (верхнего) выполнены чередующиеся ряды лунок, а парный с ним (нижний) рабочий валок имеет гладкую бочку, при этом наклонные боковые стенки лунок сопряжены между собой по дуге с регламентированной кривизной [2].

Недостатки данного способа состоят в том, что циклические термические и силовые нагрузки, возникающие в рабочем валке с лунками, при прокатке стальных полос с интенсивным охлаждением рабочих валков водой, приводят к возникновению трещин и их развитию вглубь активного слоя. Это приводит к увеличению износа рабочих валков и необходимости повышения толщины снимаемого слоя с поверхности рифленой бочки при перешлифовках, что увеличивает расходный коэффициент валков. Помимо этого в процессе прокатки происходит искажение формы лунок (вследствие износа) и рифов на поверхности полос, что отрицательно сказывается на качестве полос и выходе кондиционной продукции.

Технический результат изобретения - снижение расходного коэффициента рабочих валков и повышение качества полос.

Технический результат достигается тем, что в способе горячей прокатки стальных полос с односторонним рифлением, включающем их многопроходное обжатие, при этом обжатие в заключительном проходе осуществляют в рабочих валках, на поверхности бочки одного из которых выполнены лунки, согласно изобретению прокатку в заключительном проходе ведут с относительным обжатием 10÷20% при температуре полосы 780÷950°С и с рассогласованием окружных скоростей рабочих валков, равным 1,1÷3,2%, при этом глубина лунок составляет 1,2÷4,5 мм.

Сущность изобретения состоит в следующем. Температурно-деформационный режим прокатки рифленых полос должен одновременно обеспечить как высокие показатели рифления, так и высокие их механические свойства.

Для того чтобы избежать перегрева рабочих валков горячую прокатку рифленых полос осуществляют с интенсивным охлаждением их бочек водой. Наличие лунок на одном из рабочих валков приводит к появлению контактной асимметрии деформации на сторонах полосы, что при наличии интенсивного охлаждения валков в конечном итоге ведет к интенсификации механизма износа и трещинообразования в активном слое бочек. При относительном обжатии 10÷20% введение рассогласования окружных скоростей рабочих валков с величиной в 1,1÷3,2% позволяет скомпенсировать контактную асимметрию, обусловленную наличием лунок, а также уменьшить градиентное влияние температуры от контактного взаимодействия с полосой, имеющей температуру 780÷950°С, снизив, тем самым, воздействие паровзрывного эффекта от термических ударов на лунки глубиной 1,2÷4,5 мм.

Компенсация асимметрии снижает негативное влияние от наличия лунок, ослабляющих бочку валка, на его стойкость к образованию выкрошек и последующего разрушения. Кроме того, при обжатии полосы, имеющей температуру 780÷950°С, и при глубине лунок 1,2÷4,5 мм, достигается наиболее полный перенос рельефа рифленой бочки валка на полосу, формирование рифов заданной формы (чечевичной и ромбической), повышение комплекса механических свойств, что повышает качество полос из углеродистых и низколегированных сталей.

При указанной величине рассогласования скоростей зона прилипания на рифленом валке распространяется на всю длину очага деформации, благодаря чему отсутствует поверхностное контактное скольжение металла и достигается наиболее полный зеркальный перенос рельефа валка на полосу, уменьшаются контактные касательные напряжения, являющиеся причиной повышенного износа и разрушения бочки. Также за счет создания скоростной (кинематической) асимметрии компенсируются негативные деструктивные явления, связанные с присутствием рифлений чечевичных и ромбических лунок на поверхности бочки одного из валков.

Экспериментально установлено, что при относительном обжатии менее 10% и температуре ниже 780°С не достигается полный перенос рифленого рабочего валка на полосу, снижаются пластические свойства стали (относительное удлинение δ₄), что ухудшает качество полос. При увеличении относительного обжатии более 20% и температуры полосы из углеродистых и низколегированных сталей более 950°С снижаются прочностные свойства полос (временное сопротивление разрыву σ_в), возрастают температурные нагрузки на контактные поверхности бочек рабочих валков. Это увеличивает износ рабочих валков и снижает качество стальных полос.

В случае когда рассогласование валков менее 1,1%, на части очага деформации сохраняется зона скольжения, что ведет к увеличению расхода валков и снижению качество рифленой полосы. При увеличении рассогласования окружных скоростей более 3,2% происходит перекомпенсация: в очаге деформации валка с лунками формируется зона отставания, возрастает контактное скольжение, что приводит к повышенному износу валков и искажению формы рифов и полосы в целом за счет ее изгиба.

При глубине лунок менее 1,2 мм ухудшается их отпечатываемость на поверхность полосы, высота рифов не соответствует требованиям потребителей. Увеличение глубины лунок более 4,5 мм приводит к ослаблению бочки и ее интенсивному разрушению под действием циклических термомеханических воздействий, что, в конечном счете, приводит к ускоренному разрушению валка, снижению качества полос.

Примеры реализации способа

В 11-ю клеть кварто непрерывного широкополосного стана 2000 заваливают пару чугунных рабочих валков для прокатки рифленых полос. Верхним заваливают рабочий валок, на бочке которого выполнено чечевичное рифление с глубиной лунок h=2,1 мм, а парный с ним нижний рабочий валок имеет гладкую бочку.

Сляб толщиной 250 мм из низколегированной стали 09ГС нагревают в методической печи с шагающими балками до температуры Т_а=1250°С и выдают на печной рольганг непрерывного широкополосного стана 2000. Нагретый сляб прокатывают в черновой группе клетей до промежуточной толщины 40 мм, после чего задают в непрерывную чистовую группу клетей кварто. В чистовой группе клетей осуществляют обжатие полосы до конечной толщины 4,0 мм с температурой конца прокатки t_кп=850°C. Обжатие в 11-й клети стана поддерживают равным ε=15%. Прокатку ведут с интенсивным охлаждением рабочих валков водой и с рассогласованием окружных скоростей валков a ₁₁=2,1%, задаваемым двигателями главного привода.

В процессе обжатия в 11-й клети происходит перенос рельефа валка с лунками на полосу и формирования на ней рифов. Благодаря рассогласованию окружных скоростей валков на валке с лунками формируется зона прилипания, распространяющаяся на всю длину очага деформации, и на полосе формируются выступы (рифы) с заданной формой и высотой 2,0 мм, соответствующей требованию потребителя.

Прокатанные полосы подвергают ускоренному охлаждению водой до оптимальной температуры смотки 640÷750°С, определенной экспериментально. В результате готовые полосы имеют высокие механические свойства, выход годных рифленых полос составляет Q=100%, а удельный расход валков q=1,2 кг на тонну проката минимален.

Варианты реализации предложенного способа представлены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, предложенный способ (варианты 2-4) обеспечивает повышение качества стальных полос с односторонним рифлением и снижение расходного коэффициента рабочих валков. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5), а также реализации способа-прототипа (вариант 6) имеет место увеличение расходного коэффициента рабочих валков и ухудшение качества рифленых полос.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что прокатка полос их углеродистых и низколегированных сталей с относительным обжатием в последнем проходе не менее 10% при температуре полосы 780÷950°С и рассогласовании окружных скоростей рабочих валков, равном 1,1÷3,2%, с глубиной лунок 1,2÷4,5 мм обеспечивается за счет вводимой скоростной асимметрии компенсация асимметрии, обусловленной наличием лунок на одном из рабочих валков, формирование зон прилипания, распространенных на всю длину очага деформации. Это исключает контактное скольжение металла по бочкам валков, улучшает перенос рельефа валка с лунками на полосу, сокращает износ рабочих валков и их расход. Одновременно с этим указанный температурно-деформационный режим прокатки формирует высокие механические свойства рифленых полос.

За базовый объект принят способ-прототип. Использование предложенного способа позволяет повысить рентабельность производства горячекатаных полос с односторонним чечевичным и ромбическим рифлением в среднем на 5÷7%.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:

1. A.M.Мелешко и др. Производство листа с рифленой поверхностью. М.; Металлургия, 1985 г. С.46, 144-145.

2. Патент Российской Федерации №2121402, МПК B21B 27/02, 1998 г. - прототип.