Введение к работе
Актуальность темы. Тенденции мирового развития черной металлургии показывают увеличение доли выпуска листового проката, особенно холоднокатаного. Основной задачей металлургии страны является коренное улучшение качества готовой продукции, увеличение производства продукции с высокими свойствами, обеспечение высокой точности формы и размеров полос. Для её осуществления, помимо создания новых мощностей, необходимо усовершенствование существующих, разработка и внедрение прогрессивных технологических процессов. Важное место в производстве холоднокатаного проката занимает тонкая и тончайшая лента из электротехнических сталей, получаемая на 20-валковых станах. Процесс прокатки и эксплуатации 20-валковых станов имеет ряд особенностей по сравнению со станами других типов: возможность применения рабочих Балков малого диаметра, которые обусловливают меньшие усилия прокатки, 'большие единичные и суммарные обжатия, достаточную жесткость клети и т.д. Эти особенности позволяют получать тончайшие полосы из малоуглеродистой стали толщиной 0,х5 мм для теневых масок кинескопов цветного телевидения с новым уровнем механических и магнитных свойств, а также* ленты трансформаторной стали толщиной 0,05...0,08 мм, предназначенной для изготовления витых магнитопроводов вторичных источников питания и для магнитных цепей электрических аппаратов и приборов. Область исследования осо-ботонкого проката изучена недостаточно, и требуется дальнейшее изучение и совершенствование технологии производства этого вида металлургической продукции.
Цель работы; разработка и внедрение на основе проведенных -исследований процесса прокатки научно обоснованных режимов холодной прокатки особотоких полос из электротехнических -сталей на 20гвалковом стане с целью улучшения геометрических размеров,
формы полос и их магнитных свойств.
Научная новизна. Проведено теоретическое исследование процесса прокатки тончайших лент из электротехнических сталей на 20-валковом стане 720 с учетом "истинного" предела текучести по длине очага деформации и упругого сжатия валков.
Исследовано формирование механических свойств и микроструктуры тончайших электротехнических лент при холодной прокатке на 20-валковом стане в зависимЪсти от суммарного обжатия и режимов термообработки холоднокатаных полос.
Определена взаимосвязь магнитных, геометрических и физико-механических параметров тончайших лент электротехнических сталей и режимов холодной деформации.
Исследованы условия формирования микрогеометрии поверхности прокатываемых полос. Установлены количественные зависимости параметров шероховатости от режимов электрохимической обработки валков.
Разработан и внедрён в производство новый способ обработки рабочих валков, состоящий из электролитной насечки поверхности хромом, шлифовки и электрохимической полировки, обеспечивающий получение полос с требуемыми характеристиками микрогеометрии поверхности и получение лент с высокой планшетностью.
Оптимизированы профилировки валковой пирамиды, использование которых позволило уменьшить поперечную разнотолщинность полос и улучшить планшетность.
Практическая значимость. Разработаны и внедрены в промышленных условиях научно обоснованные режимы прокатки электротехничес-: ких сталей применительно к 20-валковому стану 720, обеспечивающие получение минимальных отклонений от требуемых значений геометрических и механических характеристик, а также наилучшие маг-
5.
нитные свойства при эффективном использовании оборудования.
Результаты исследования влияния основных параметров прокатки на магнитные свойства полос позволили" разработать режимы прокатки, позволившие получать наилучшие магнитные свойства, геометрические характеристики и требуемое состояние поверхности тончайших полос.
Повышено качество тончайших лент электротехнических сталей за счет оптимизации режимов прокатки и профилировок валковой пирамиды стана 720 при использовании разработанного способа подготовки рабочих валков к прокатке.
Улучшение качества холоднокатаных полос позволило повысить качество и процент выхода.годной продукции у потребителей.
Повышена эффективность использования оборудования стана 720 при прокатке тончайших электротехнических лент.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзном совещании по физике и металловедению электротехнических сталей и сплавов (Липецк, 1988 год), на научно-техническом семинаре "Улучшение кочества холоднокатаного листа" (Липецк, І989 год) и на Девятом всесоюзном совещании по физике и металловедению электротехнических сталей и сплавов (Минск, 1991 год).
Реализация работы. Использование нового способа обработки рабочих валков (Заявка К 4763390/02) позволило получать кинес-копную полосу толщиной 0,15 мм с заданной микрогеометрией поверхности, обеспечившую повышение выхода годных теневых масок приёмников цветного телевидения у потребителей..
Внедрение разработанных режимов прокатки(А.С.№ 1614873) и способов производства ленты, из малоуглеродистой стали (Заявки И 4859992/02 и № 4922362/27) позволило повысить эффективность
б.
использования оборудования стана 720, уменьшить продольную и поперечную разнотолщинность, улучшить планшетность полос, их микроструктуру и повысить магнитные характеристики.
Исследование влияния степени деформации после промежуточной термообработки на механические свойства малоуглеродистых лент толщиной 0,15 мм и внедрение разработанных режимов в производство, а также использование исследований для меньших толщин позволило освоить новый вид продукции - стальную полосу толщиной 0,1 мм для магнитных экранов кинескопов цветных телевизионных приёмников (Заявка № 4859777/27), способную к глубокой вытяжке.
Применение в производсве тончайших электротехнических лент трансформаторной стали толщиной 0,05 мм разработанных способов производства (Заявка J6 4370666/02) позволило значительно улучшить магнитные характеристики данного вида продукции и увеличить эффективность использования оборудования стана 720.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 2 статьях, защищено 6 изобретениями и изложено в материалах 3 Всесоюзных научно- технических совещаний и семинаров.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих еыводов , списка литературы из і62 наименований, 6 приложений и содержит 16 таблиц и 27 рисунков на 156 С. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I. Состояние вопроса и задачи исследования
Дальнейшее совершенствование производства холоднокатаных полос связано с уменьшением их толщины и повышением качества путем улучшения геометрических характеристик и специальных свойств. Холодная прокатка на 20-валковых станах является конечной операцией в технологии производства полос из электротехнических сталей, включающей:
7.
получение слябов;
горячую прокатку слябов на непрерывных, полунепрерывных станах или на станах с печными моталками;
холодную прокатку на непрерывных пяти-, трёх-, одноклете-вых реверсивных станах;
обезуглероживающий или рекристаллизационный отжиг;
вторую и третью холодные прокатки на реверсивных многовалковых станах.
При достаточном количестве исследований, направленных на улучшение качества продукции затрагивающих все переделы производства электротехнических сталей до толщинй более 0,1 мм, остаётся, тем не менее, острая необходимость в исследованиях, имеющих целью улучшение качества малоуглеродистой стали для теневых масок кинескопов приёмников цветного телевидения, связанная с переходом предприятий электронной промышленности на использование кинескопов со щелевой'маской, требующей ленты толщиной 0,15 мм повышенного качества со специальными свойствами. Производство трансформаторной стали толщиной 0,05...0,03 мм для изготовления витых магнитопроводов вторичных источников питания и магнитных цепей электрических аппаратов и приборов изучено недостаточно и требует более пристального изучения и проведения комплексных исследований.
Анализ технологии производства высокоточных полос на 20-вал-ковых станах и требований, предъявляемых к ним, показал, что основными путями повышения качества готовой продукции являются:
стабилизация параметров прокатки;
разработка оптимальных технологических параметров прокатки;
повышение эксплуатационной стойкости валков;
применение оптимальных профилировок.
8.
В соответствии с вышеизложенным и на основе анализа литературных данных целью работы были определены следующие задачи:
-
Провести теоретическое исследование процесса прокатки тончайших лент электротехнических сталей на 20-валковом стане с учётом "истинного" предела текучести по длине очага деформации и упругого сжатия валков с целью определения достоверных значений энергосиловых параметров прокатки, уточнения профилировки валковой пирамиды и обоснования выбора режимов прокатки.
-
Подобрать и разработать методику расчета энергосиловых параметров прокатки применительно к прокатке электротехнических лент на 20-валковом стане.
-
Исследовать формирование механических свойств тончайших полос из электротехнических сталей при холодной прокатке.
4. Определить влияние суммарной степени деформаций, дробнос
ти прокатки, материала, диаметра рабочих валков и других парамет
ров прокатки на качественные характеристики и специальные свой
ства полос электротехнических сталей при прокатке на 20-валковом
стане 720.
-
Разработать и внедрить новые технические предложения, направленные на повышение планшетности и уменьшение разнотолщиннос-ти прокатываемых лент, а также на улучшение магнитных свойств электротехнических сталей.
-
С целью улучшения нанесения фоточувствительного слоя на поверхность полос у потребителей исследовать условия формирования микрогеометрии прокатываемых полос. Подобрать из существующих или разработать новые способы обработки рабочих валков.
-
Разработать и внедрить научнообоснованные режимы прокатки, позволяющие получать высококачественные тончайшие ленты из электротехнических марок стали при наиболее эффективном использовании оборудования стана 720.
9.
2. Теоретическое исследование
В главе содержатся сведения об исследуемых материалах. Исследования направлены на изучение особенностей холодной прокатки малоуглеродистой стали толщиной 0,15 мм для теневых масок и трансформаторной стали с содержанием кремния около 3%.
Экспериментально полученные кривые изменения пределов текучести малоуглеродистой кинескопной и трансформаторной сталей в зависимости от степени обжатия показали, что для малоуглеродистой стали исследуемых толщин теоретические расчеты энергосиловнх параметров прокатки, проведённые по общепринятым методикам, дают достоверные результаты, так как изменение предела текучести этой марки стали подчиняется линейному закону. Для трансформаторной стали ошибка получается значительной, особенно при расчетах в первом проходе, из-за значительного отклонения кривой изменения предела текучести по длине очага деформации от прямой, соединяющей значения предела текучести на входе и выходе из очага деформации, что хорошо видно на рис.1.
Принимая дугу контакта валка с металлом за параболу и используя это уравнение, получаем значения изменения предела текучести по длине очага деформации в первом проходе. Сравнение средних значений, используемых при дальнейших расчетах,:полученных с использованием расчитанной зависимости С = Г(б) и классическим методом трапеций, даёт разницу равную 13,I/, что также видно из рис.2.
По методике, полученной теоретическим путём и скорректированной на основе большого количества эмпирических данных, полученных при прокатке электротехнических сталей, расчитаны энерго-силовые и кинематические параметры прокатки с помощью ЭВМ. Для удобства расчёта на ЭВМ "Искра 1256" вводились безразмерные ве-личинь-, а необходимые для вычислений значения коэффициента трения
ю.
50 70 90 Є,%
Изменение предела текучести трансформаторной стали при прокатке подката толщиной 0,28 мм в зависимости от степени деформации Рис. I
О 0,5 I %шц
Кривая изменения предела текучести трансформаторной стали по длине очага деформации.в первом проходе при 6=0,657
Рис.2
были определены на стане 720 экспериментально по опережению и теоретическим расчетом. Представлена блок-схема выполненных расчетов.
Результаты вычислений показали, что обычно применяемый для расчётов процессов прокатки полос принцип постоянства мощностей или усилий прокатки по проходам не подходит для тончайших трансформатора них лент. Новизна предлагаемой схемы состоит в принципе примерного равенства среднего контактного нормального напряжения. 3.Исследование влияния параметров прокатки на качество прокатываемых на 20-Балковом стане полос Аля исследуемых марок стали определено влияние геометрических
II.
характеристик подката и его магнитных свойств на соответствуюшие характеристики полос конечной толщины, а также установлена зависимость магнитных и специальных свойств тончайших электротехнических сталей от геометрических параметров готовых лент.
Подтверждено, что холодная прокатка только ухудшает магнитные свойства подката трансформаторной стали и для исследуемых толщин и на основе этого вывода определена задача максимального сохранения уровня магнитных свойств путём оптимизации режимов прокатки. Исследовано влияние режимов прокатки и термообработки трансформаторной и кинескопной сталей на магнитные и другие регламентируемые свойства полос.
Установлена зависимость структ/рных и магнитных характеристик тончайших трансформаторных полос от суммарного и частных обжатий за проход при холодной прокатке на 20-валковом стане. Экспериментально определено, что магнитные свойства трансформаторной стали толщиной 0,05 мм, прокатанной с различным обжатием в первой проходе, имеют максимум, который соответствует величине обжатия за проход равной 65,7$. Полученная зависимость представлена на рис. 3.
Исследована зависимость физико-механических характеристик тончайших кинескопных полос от степени обжатия при заключительной холодной прокатке. Зпервые показано, что наилучшая микроструктура кинескопной стали марки 08 Ю получается после термообработки при 710 С и последующей холодной прокатки с обжатием ^0...44%. а для получения кинескопной полосы, способной подвергаться особо глубокой вытяжке, степень деформации после термообработки не должна превышать 9%.
Определено влияние способов обработки.и состояния рабочих
12.
59 61 63 65 67 69,g
59 61 63 65 67 69 g,# б
p Лоо,
Вт/кг
р Лоо
Вт/ кг 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0
59 61 63 65 67 69 Б,/
О - трехпроходная схема а - магнитная индукция О - пятипроходная схема б - коэрцитивная сила
в,г - удельные потери
Зависимость магнитных характеристик
трансформаторной стали толщиной 0,05 мм от степени
обжатия в первом проходе
Рис.3 валков на качество прокатываемых полос. Показано, что при прокатке кине.скопной стали существенное значение для повышения качества готовых лент и их переработки у потребителей имеет, помимо диаметра рабочего валка, значение среднего арифметического отклонения профиля (На), коэффициент анизотропии шероховатости поверхности и
із.
интервал отклонения значений Ва по окружности рабочего валка. Установлены предельные отклонения 6г номинального диаметра рабочих валков, превышение которых значительно ухудшает планшетность прокатываемых полос. Основными факторами, характеризующими рабочие валки и оказывающими влияние на качество лент, помимо минимального отклонения от номинального диаметра, являются материал валков и шероховатость поверхности.
Существенное влияние на ведение процесса прокатки и качество полос электротехнических сталей, прокатываемых на 20-валковом стане 720 оказывает профилировка валков валковой пирамиды и, в частности, опорных роликов.
Установлена количественная зависимость плоскостности прокатываемых на 20-валковом стане полос от угла отклонения ленты от линии прокатки.
4. Разработка новых технических решений,
обеспечивающих повышение качества тончайших лент
Для получения кинескопной стали толщиной 0,15 мм с требуемыми параметрами шероховатости поверхности полос был предложен новый способ подготовки рабочих валков к прокатке, включающий анодную и катодную обработки в водном растворе солей хрома с последующей шлифовкой до шероховатости Ва=0,1...0,15 мкм и элктро-химполировкой валка при напряжении 8...12 В в течение ^0...80 секунд. Этот способ обеспечивает эффективную очистку валков, равномерную их насечку хромом с упрочнением поверхностного слоя, а также формирование регламентированного изотропного микрорельефа поверхности. Разработанный способ обработки валков отличается от других способов тем, что обеспечивает получение шероховатости по-
14.
верхности с коэффициентом анизотропии более 0,85, в отличие от традиционной шлифовки алмазными кругами, после которой коэффициент анизотропии не превышает 0,7. Кроме того, новый способ обеспечивает повышенную стойкость параметров шероховатости, которая в 4...5 раз выше, чем при обкатке рабочих валков шлифовальным кругом. У валков, подготовленных к прокатке обкаткой алмазным кругом, коэффициент анизотропии шероховатости снижается до значений 0,5...0,7 , характерных для валков, подготовленных обычной шлифовкой, после прокатки менее одной тонны металла. От пескоструйной обработки он выгодно отличается тем, что кроме повышенной стойкости, которая превышает стойкость валков, обработанных струёй песка, в 2...3 раза, обеспечивает более равномерную структуру рельефа поверхности валков. Интервал значений Еа по периметру поверхности одного валка уменьшается до 4...6 мкм вместо 10...і5 мкм , получающегося после электроискровой или электролитной обработок.
В связи с тем,'что шероховатость рабочих валков оказывает влияние на процесс прокатки и качество прокатываемых валков, установлены и предложены для использования при прокатке трансформаторной стали толщиной 0,05 мм оптимальные значения шероховатости рабочих валков Ra=0,I2...0,18 мкм, а для лент толщиной 0,08 мм Ка=0,22...0,28 мкм. Это обусловлено тем, что при снижении шероховатости рабочих валков увеличивается вытяжка при одном и том же давлении, но увеличивается и неравномерность деформаций по ширине полосы и по зёрнам. Тогда металл характеризуется большой неплоскостностью, особенно крупнозернистый.
Показана целесообразность использования твердосплавных вал-коЕ 6 48 мм при прокатке трансформаторной' стали и в первых про-
15.
ходах до толщины термообработки кинескопной стали с целью увеличения эффективности использования оборудования стана 720 и улуч-шения геометрических характеристик прокатываемых полос. Использование твердосплавных валков позволило уменьшить продольную разнотолщинность у кинескопных полос и поперечную у трансформаторных лент.
для улучшения планшетности прокатываемых полос на основе установленных зависимостей были предложены следующие мероприятия:
с целью уменьшения угла .отклонения лент от линии прокатки, возникшего из-за износа парка валков, предложено опустить ролики стрессометра, что позволило исключить дефекты формы полосы;
предложена новая профилировка опорных роликов, заключающаяся в создании вогнутого профиля у четырёх средних роликов, для прокатки кинескопной стали вместо используемых ранее восьми выпуклых роликов, что необходимо для сохранения симметричного двояковыпуклого профиля, готовых полос и снижения неравномерности деформаций по ширине полос;
применение нового электрохимического способа обработки рабочих валков is Td мм для прокатки кинескопной стали толщиной 0,15 мм в трёх заключительных проходах позволило получать не только требуемый микрорельеф поверхности полос, но и регламентированную шероховатость, увеличение которой улучшает плоскостность лент.
С целью уменьшения поперечной разнотолщинности готового металла на основе результатов исследования влияния на неё режимов прокатки, материала и диаметра рабочих валков разработаны и внедрены новые схемы прокатки кинескопной и трансформаторной сталей: Предложенные режимы прокатки кинескопных полос толщиной 0,15 мм
16.
осноевны на принципе примерного равенства давления металла на валки в трёх последних проходах и использовании рабочих валков /$ 72 мм, обработанных новым электрохимическим способом. С целью более эффективного использования оборудования стана 720 при прокатке трансформаторной стали предложены режимы, характеризующиеся регламентированным обжатием в первом проходе равным 62...66 и снижением степени обжатия в последующих. Рекомендуемые режимы включают и другие моменты, такие как ведение прокатки на верхнем пределе допуска по толщине, обеспечивающие с регламентацией обжатий наилучшие магнитные свойства трансформаторной стали толщиной 0,05 мм. На рис.4 представлены разработанные технологические схемы производства кинескопных и трансформаторных полос.
Внедрение разработанных технологических режимов и вышеперечисленных мероприятий позволило повысить качество лент, прокатываемых на стане 720, улучшить их магнитные свойства и поднять выход годной продукции у потребителей лент.
Разработанные технологические схемы и результаты их внедрения
Рис.4
17.