Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса диссертационного исследования 9
1.1 Классификация и причины возникновения поверхностных дефектов сортового металлопроката 9
1.2 Анализ влияния температурно-временных параметров нагрева и деформации заготовок на качество поверхности проката 18
1.3 Анализ влияния параметров деформации при прокатке в калиброванных валках на процессы образования и выработки поверхностных дефектов 28
1.4 Выводы и постановка задач исследования 43
2 Моделирование процессов формоизменения поверхностных дефектов при прокатке 44
2.1 Методика проведения экспериментов 44
2.2 Исследование влияния параметров деформации на выкатываемость Дефектов в процессе прокатки 51
2.3 Выводы 63
3 Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния металла при прокатке в сортовых калибрах 65
3.1 Постановка задачи и методика моделирования 65
3.2 Анализ напряженно-деформированного состояния металла при прокатке в калибрах различной формы 69
3.3 Выводы 76
4 Исследование процессов выработки поверхностных дефектов при прокатке на непрерывном мелкосортном стане ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» 78
4.1 Методика проведения промышленных экспериментов
4.2 Анализ влияния параметров деформации на выработку дефектов при прокатке на мелкосортном стане 85
4.3 Выводы 105
Основные выводы 107
Список использованных источников
- Анализ влияния температурно-временных параметров нагрева и деформации заготовок на качество поверхности проката
- Исследование влияния параметров деформации на выкатываемость Дефектов в процессе прокатки
- Анализ напряженно-деформированного состояния металла при прокатке в калибрах различной формы
- Анализ влияния параметров деформации на выработку дефектов при прокатке на мелкосортном стане
Введение к работе
* Актуальность работы:
Современный этап развития прокатного производства характеризуется постоянным повышением требований к качеству выпускаемой продукции. При этом одной из наиболее значимых характеристик качества металлопроката является наличие на его поверхности дефектов. Поверхностные дефекты, являясь концентраторами напряжений, значительно ухудшают прочностные и пластические характеристики проката в процессе его дальнейшей обработки и эксплуатации.
Опыт работы большинства действующих прокатных станов показывает, что дефекты на поверхности металлопроката являются одной из основных причин получения продукции несоответствующего качества. При этом в структуре брака наибольшую долю занимают дефекты, перешедшие на готовый прокат с исходных заготовок.
Несмотря на значительное количество исследований по вопросу образования и развития поверхностных дефектов можно констатировать, что на сегодняшний день отсутствует единое мнение о влиянии технологических параметров прокатки на качество поверхности готовой металлопродукции. Данный факт объясняется сложностью и недостаточной изученностью процессов течения металла при прокатке в калибрах. Таким образом, исследования закономерностей формоизменения поверхностных дефектов заготовок при прокатке в калибрах на сегодняшний день продолжают оставаться актуальными.
Данный тезис подтверждается тем, что настоящая работа выполнялась в соответствии с Государственной программой «Основы политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу» от 30 марта 2002 г. и перечнем критических технологий РФ «Компьютерное моделирование», «Энергосбережение».
Цель работы: Разработка комплекса технических и технологических решений, обеспечивающих повышение качества сортового проката. * Диссертация выполнена при научной консультации к.т.н. А.А. Уманского
Основные задачи:
1. Исследование влияния параметров деформации на образование и
развитие поверхностных дефектов заготовок при прокатке в калиброванных
валках.
2. Анализ влияния напряженно-деформированного состояния на течение
деформируемого металла в различных зонах сортовых калибров в зависимости от
их формы.
3. Разработка мероприятий по совершенствованию технологии
производства металлопродукции на мелкосортных станах с целью повышения
качества поверхности готового проката.
4. Обоснование экономической эффективности предлагаемых технических
и технологических решений при внедрении в производство.
Научная новизна:
-
Получены новые научные данные о влиянии параметров деформации на образование и развитие поверхностных дефектов при сортовой прокатке в калибрах простой формы.
-
Установлены закономерности формоизменения металла при деформации в ящичных, овальных и ромбических калибрах и их влияние на выкатываемость дефектов при прокатке.
3. Определена взаимосвязь между напряженно-деформированным
состоянием и перемещением поверхностных слоев металла; установлены
значения степени использования запаса пластичности в этих слоях и в среднем по
сечению раската.
Практическая значимость:
1. Разработана методика опытно-промышленных испытаний в производственных условиях, позволившая производить оценку влияния параметров деформации на образование и развитие поверхностных дефектов при минимизации числа опытов и прогнозировать качество продукции при сортовой прокатке.
2. Разработана и внедрена в производство новая калибровка валков
черновой группы непрерывного мелкосортного стана 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»,
позволившая повысить эффективность деформационных режимов прокатки при
одновременном уменьшении энергосиловой нагрузки на основное оборудование.
3. В промышленных условиях с использованием результатов исследований
получены опытные партии проката из конструкционных сталей повышенного
качества, при этом выход годного увеличился на 3%.
Реализация результатов.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке и совершенствовании режимов прокатки на непрерывном мелкосортном стане 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», в результате чего достигнуто повышение выхода годного при производстве проката по ГОСТ 10702-78 и получен экономический эффект 723,7 тыс. руб. при долевом участии автора 289,5 тыс. руб.
Научные результаты диссертационного исследования используются при подготовке студентов по специальности 150106 «Обработка металлов давлением» в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».
Использование результатов работы в производственном и учебном процессах подтверждены соответствующими актами внедрения.
Методы исследования.
1. Метод конечных элементов при использовании специализированного
программного комплекса DEFORM 3D.
2. Методы теории подобия и моделирования процессов обработки металлов
давлением при проведении лабораторных экспериментов.
3. Методики статистического анализа экспериментальных данных.
Достоверность и обоснованность полученных выводов и результатов
подтверждается: совместным использованием воспроизводимых по точности методов математического моделирования процессов прокатки, основанных на современных достижениях теории пластичности, и методик проведения экспериментов в лабораторных и промышленных условиях; использованием методов планирования экспериментов; эффективностью полученных результатов
при использования в действующих прокатных цехах, что подтверждено актом внедрения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: Всероссийских научно-практических конференциях «Металлургия: Технологии, управление, инновации, качество» (г. Новокузнецк, 2010 г. и 2011 г.); международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований '2012» (г. Одесса (Украина), 2012 г.).
Положения, выносимые на защиту.
1. Результаты экспериментальных исследований влияния параметров
деформации на образование и развитие поверхностных дефектов заготовок при
прокатке в калиброванных валках.
-
Методика и результаты исследований формоизменения металла при развитии поверхностных дефектов заготовок в процессе прокатки сортовых профилей на промышленном мелкосортном стане 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК».
-
Полученные закономерности течения металла в различных зонах сортовых калибров при прокатке и закономерности их взаимосвязи с напряженно-деформированным состоянием металла.
-
Новая калибровка непрерывного мелкосортного стана 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», разработанная на основе проведенных исследований.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 7 печатных работах, из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, приложения, изложена на 117 страницах, содержит 58 рисунков, 14 таблиц и список использованных источников из 67 наименований.
Анализ влияния температурно-временных параметров нагрева и деформации заготовок на качество поверхности проката
Режимы нагрева заготовок оказывают значительное влияние на качество поверхности проката. Так отклонение от технологии нагрева может привести к появлению ряда трудноустранимых дефектов (перегрев, трещины) или при значительных отклонениях к возникновению не поддающихся исправлению дефектов (пережог). Применение оптимальных режимов нагрева наоборот позволяет уменьшить развитие уже имеющихся на исходных заготовках дефектов. Следует отметить, что влияние параметров нагрева на качество поверхности проката в значительной степени проявляется для разлитых в изложницы слитков, в меньшей степени - для непрерывнолитых заготовок и значительно менее выражено для полученных прокаткой заготовок, что обусловлено особенностями их внутреннего строения. Слитки характеризуются крупнозернистой структурой, выраженной неравномерностью распределения неметаллических включений и, как следствие, неравномерной теплопроводностью. В совокупности с низкой пластичностью ряда сталей при температурах начала нагрева данный факт с высокой вероятностью приводит к образованию трещин. Крупнозернистая структура слитков с заполненным легкоплавкими эвтектиками межзеренным пространством, способствует перегреву и пережогу слитков. В непрерывнолитых заготовках крупнозернистость и неравномерность распределения неметаллических включений имеет гораздо менее выраженный характер, в результате чего непрерывнолитые заготовки менее склонны к образованию дефектов нагрева. Мелкозернистое строение обжатых заготовок еще в меньшей степени способствует возникновению дефектов при нагреве. На основании вышесказанного в данном разделе основное внимание уделено влиянию температурно-временных параметров нагрева и прокатки слитков и частично непрерывнолитых заготовок на качество поверхности проката.
Основными параметрами, характеризующими режимы нагрева слитков под прокатку являются: температура посада слитков в нагревательные колодцы, теплотехнические характеристики нагревательных колодцев, продолжительность отдельных периодов нагрева слитков и общая продолжительность нахождения металла в колодцах, длительность задержки в выдаче слитков относительно графика («пересиживание»).
Касательно температуры посада слитков в нагревательные колодцы большинство исследователей сходятся во мнении, что увеличение температуры посада благоприятно сказывается на качестве поверхности заготовок различных марок сталей. Так, В.В. Алчиным, В.Н. Артюшовым и Е.М. Комельковым [1] установлено, что при производстве заготовок стали S355J2G3 на Челябинском металлургическом комбинате минимальный уровень отбраковки по дефектам поверхности наблюдается при посаде слитков в нагревательные колодцы с температурой более 900С. К.Г. Трубин, Г.Н. Ойкс [2] свидетельствуют, что на комбинате «Криворожсталь» выход годного при производстве заготовок из сталей марок СтЮ-СтЗО увеличивается на 10% при повышении температуры посада слитков до 850С и более. В.А. Паршин, Е.Г. Зудов, В.Л. Колмогоров [3] приводят данные о снижении количества угловых рванин на слябах из кипящих и полуспокойных сталей в 1,5- -2 раза при увеличении температуры посада слитков от ОС до 800 С. Рядом авторов приводятся оптимальные с точки зрения улучшения качества поверхности заготовок интервалы температур посада слитков в нагревательные колодцы. Так, М.В. Зезиков, П.М. Шипулин и В.В. Саломыкин на основании результатов проведенных на Западно-Сибирском металлургическом комбинате исследований [4] рекомендуют следующие температурные интервалы посадки слитков в нагревательные колодцы: для стали Зпс - 840-910С, для стали Ст20 - 840-950С, для стали 60ПП - 800-870С. По данным приводимым Л.И. Шлейнинг, Н.Г. Савиных и Л.И. Беляевым [5] для условий Орско-Халиловского металлургического комбината оптимальная температура посада для слитков различных марок составляет: для сталей 17Г1С(У), 17ГС - 970С и выше, для сталей Ст10-50 - 880-940С, для стали Зсп - 880-990С. Следует отметить, что ряд исследователей приводят данные об отсутствии значимого влияния температуры посада слитков на качество поверхности проката. Так А.Н. Тумко, СВ. Ревякин и Н.М. Тарновская в ходе проведения работы на Электрометаллургическом заводе «Днепроспецсталь» не установили значимой взаимосвязи между температурой посада слитков в нагревательные колодцы и качеством поверхности проката для широкого марочного сортамента [6].
Влияние теплотехнических характеристик нагревательных колодцев на качество поверхности слитков и производимого из них проката заключается в следующем. При износе ячейки нагревательных колодцев в процессе эксплуатации происходит изменение ее теплофизических характеристик (старение), что, как правило, не учитывается графиками нагрева - действующие режимы нагрева рассчитаны на тепловую мощность новых ячеек. В результате при нагреве слитков в изношенных ячейках вынуждены идти на повышение температуры нагрева, что отрицательно сказывается на качестве поверхности слитков (возможно возникновение перегрева и пережога). По данным О.В. Мордухович и О.А. Гришиной [7] вышеописанная ситуация наблюдалась на Магнитогорском металлургическом комбинате, что приводило к оплавлению до 100% слитков на отдельных плавках. В результате внедрения разработанных авторами режимов нагрева слитков, учитывающих тепловую мощность ячеек, было достигнуто уменьшение брака по пережогу.
Влияние продолжительности нагрева слитков на качество поверхности заготовок является неоднозначным. С одной стороны при уменьшении длительности нагрева возрастает риск выдачи в прокатку непрогретых слитков, при дальнейшей деформации которых велика вероятность образования трещин. Кроме того, снижение продолжительности нагрева связано с более интенсивным тепловым воздействием на слиток (повышение скорости нагрева) и может привести к появлению термических трещин на слитках высокоуглеродистых и легированных сталей. С другой стороны длительный нагрев слитков кипящих и полуспокойных сталей увеличивает риск выхода на поверхность сотовых пузырей и образования дефектов в виде рванин. В подтверждение вышесказанного можно привести результаты проведенных в различное время на Западно-Сибирском металлургическом комбинате исследований [4, 8-12]. По полученным М.В. Зезиковым с соавторами данным [4] оптимальная с точки зрения улучшения качества поверхности заготовок продолжительность нагрева слитков высокоуглеродистой стали 601Ш составляет 8,0-8,5 ч, что 2,5-4,0 ч выше рекомендованной продолжительности нагрева для слитков сталей Зсп и Ст20. В.Н. Кадыковым и А.А. Уманским [8, 9] установлено, что при увеличении длительности нагрева слитков конструкционных кипящих сталей (стали марок Юкп, 15кп, 20кп) повышается отбраковка заготовок по дефектам поверхности (рис. 10).
Исследование влияния параметров деформации на выкатываемость Дефектов в процессе прокатки
В настоящее время широкое распространение получили методики моделирования процессов прокатки в лабораторных условиях. Данный факт, в первую очередь, связан с высокой стоимостью проведения экспериментов в промышленных условиях (полученная в ходе проведения опытов продукция несоответствующего качества снижает общий выход годного). Кроме того, при проведении экспериментов в действующих прокатных цехах исследователи неизбежно сталкиваются с ограниченностью диапазонов изменения параметров, характеризующих режимы деформации, что связано с ограничениями по нагрузке на основное и вспомогательное оборудование прокатных станов.
При проведении лабораторных экспериментов в качестве модельного материала используют стальные или свинцовые образцы. При этом стальные образцы нагревают до температуры прокатки (1100-1200 С), а свинцовые образцы прокатывают без предварительного нагрева, так как пластичность свинца при комнатной температуре соответствует пластичности стали при температурах прокатки. Множеством исследований [33, 37, 41, 42, 47] показано, что адекватные реальным процессам закономерности можно получить, как при прокатке стальных, так и свинцовых образцов в лабораторных условиях.
Калибровку лабораторных прокатных станов выбирают в зависимости от поставленной цели исследований. Так если исследователями ставится задача по оптимизации калибровки действующих прокатных станов, то калибровку лабораторных станов выполняют в масштабе с учетом геометрического подобия размеров исходной заготовки, калибров, катающих диаметров валков. Если же целью работы является определение общих закономерностей процессов течения металла, то соблюдение закона геометрического подобия применительно к условиям конкретных прокатных станов не является обязательным условием проведения экспериментов. Кроме того, соблюдение условий геометрического подобия ограничивает диапазон изменения таких параметров прокатки, как степень деформации, коэффициент вытяжки.
Руководствуясь вышесказанным, была разработана методика проведения исследований влияния параметров прокатки на уменьшение глубины поверхностных дефектов (выработку дефектов) при деформации в калиброванных валках.
Согласно принятой методике, на лабораторном стане «ДУО-80» (рис. 23) провели прокатку свинцовых образцов с предварительно нанесенными на их поверхность искусственными дефектами.
Использовали образцы сечением 30x30 мм, полученные отливкой в специально изготовленные формы. Искусственные дефекты глубиной 2 мм и шириной 1 мм наносили на поверхность образцов фрезой. Искусственные дефекты имели вид различно ориентированных относительно направления прокатки трещин (продольные, поперечные, наклонные на угол 45 ). Выбор схемы нанесения дефектов на поверхность образцов (рис. 24) осуществлялся исходя из условия получения максимального количества информации о влиянии месторасположения дефектов на их выработку в процессе деформации.
Прокатка образцов производилась в ящичном, ромбическом и овальном калибрах, что обусловлено наибольшим распространением калибров такой формы на сортовых прокатных станах. При этом размеры калибров и исходной заготовки выбирались без привязки к условиям какого-либо действующего прокатного стана. Данный факт обусловлен тем, что целью исследований является определение общих качественных и количественных закономерностей влияния формы калибров на интенсивность выработки дефектов в процессе прокатки.
В ходе проведения исследований оценивали влияние на изменение глубины дефектов следующих параметров: формы используемых для прокатки калибров, месторасположения дефектов на поверхности заготовки (на гранях, на ребрах, в средней части заготовки, вблизи концевых участков раската), ориентации дефектов относительно направления прокатки (продольные, поперечные, наклонные на угол 45), коэффициента вытяжки.
Согласно принятой методике прокатку образцов проводили по 60-ти вариантам сочетания исследуемых факторов (табл. 4). С целью уменьшения погрешности полученных данных по каждому варианту сочетания исследуемых факторов (форма калибра, коэффициент вытяжки, месторасположение и ориентация дефектов) прокатали по 5 образцов.
В качестве критерия, характеризующего изменение глубины дефектов, приняли коэффициент выработки, определяемый из выражения: где Ндо, НД1 - глубина дефектов до и после прокатки соответственно. Глубину дефектов до и после прокатки определяли на вырезанных из образцов темплетах с помощью микроскопа с 50-ти кратным увеличением с точностью ±0,01 мм.
Анализ напряженно-деформированного состояния металла при прокатке в калибрах различной формы
Моделирование процессов прокатки на лабораторных станах позволяет получить качественную картину выработки поверхностных дефектов при различных условиях деформации, а также количественные зависимости выработки дефектов от параметров прокатки. Однако, для проверки достоверности полученных результатов необходимо получить данные о схеме напряженно-деформированном состояния металла в процессе прокатки. Для достижения указанной цели применяют методики математического моделирования процессов прокатки с помощью специализированных компьютерных программ.
В данной работе для моделирования использовали специализированный инженерный программный комплекс DEFORM-3D. Программа предназначена для анализа трехмерного (3D) поведения металла при деформации и предоставляет информацию о течении материала и распределении температур во время процесса деформирования. Указанный программный комплекс в настоящее время широко используется исследователями для анализа различных процессов обработки металлов давлением. Применительно к прокатке существует опыт использования DEFORM-3D для анализа процессов деформации металла в сортовых [52] и универсальных [53] калибрах, а также прокатки на листовых [54, 55] и колесопрокатных [56] станах.
Программный комплекс DEFORM 3D основан на методе конечных элементов, одном из самых надежных из применяемых в настоящее время расчетных методов. Метод конечных элементов представляет собой численный метод решения дифференциальных уравнений с частными производными, а также интегральных уравнений. Суть метода заключается в том, что область, в которой осуществляется поиск решения дифференциальных уравнений, разбивается на конечное количество подобластей (элементов). В каждом из элементов произвольно выбирается вид аппроксимирующей функции. В простейшем случае это полином первой степени. Вне своего элемента аппроксимирующая функция равна нулю. Значения функций на границах элементов (узлах) является решением задачи и заранее неизвестны. Коэффициенты аппроксимирующих функций обычно находятся из условия равенства значения соседних функций на границах между элементами (в узлах). Затем эти коэффициенты выражаются через значения функций в узлах элементов. Составляется система линейных алгебраических уравнений. Количество уравнений равно количеству неизвестных значений в узлах, на которых ищется решение исходной системы, прямо пропорционально количеству элементов и ограничивается только возможностями ЭВМ. Так как каждый из элементов связан с ограниченным количеством соседних, система линейных алгебраических уравнений имеет разрежённый вид, что существенно упрощает её решение.
В качестве наиболее значимых преимуществ метода конечных элементов можно привести следующие: - криволинейная область может быть аппроксимирована с помощью прямолинейных элементов, или описана точно с помощью криволинейных элементов; - размеры элементов могут быть переменными, что позволяет изменять размеры сетки разбивки области на элементы, если в этом есть необходимость.
Одной из основных задач при использовании конечно-элементного анализа является построение сетки конечного элемента. Автоматический сеточный генератор DEFORM 3D строит оптимизированную конечно-элементную сетку, сгущая её в наиболее критичных зонах, что повышает наглядность представления информации о напряженно-деформированном состоянии металла при прокатке. Показателем, характеризующим напряженно-деформированное состояние металла, в программном комплексе DEFORM 3D является критерий Кокрофта-Лэтэма. Указанный критерий определяется по формуле:
Таким образом, повышение степени использования запаса пластичности приводит к ухудшению условий для выработки дефектов. В.К. Воронцовым [60] предложена методика, согласно которой степень использования запаса пластичности для поверхностных слоев раската определяется по формуле: где vj/ - степень использования запаса пластичности в малой окрестности і-й линии тока в j-м проходе; X, - продольная координата материальной точки на і-й линии тока; vh - продольная компонента вектора скорости материальной точки; Л - предельная степень деформации в малой окрестности і-й материальной точки до разрушения. При этом суммарная степень использования запаса пластичности за цикл прокатки составит: Ч/.=І 0, (28) и где п - количество проходов за цикл прокатки. Использование данной методики И.С. Кузнецовым с соавторами при разработке новых режимов прокатки в обжимном цехе ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» позволило улучшить качество поверхности прокатываемого металла [57, 58].
Авторами работы [52] на основании расчетов уже упомянутого выше критерия Кокрофта-Лэтэма, сделанных с использованием программного комплекса DEFORM 3D, даются рекомендации об оптимизации размеров шестигранного калибра. Такая же методика использована A.M. Лесиным, В.Н. Салгаником и Д.О. Пустовойтовым для анализа напряженно-деформированного состояния металла в области расположения угловых дефектов на слябах [55]. По результатам проведенной работы разработана эффективная схема прокатки в черновой группе клетей стана «2000» [61, 62].
Схема напряженно-деформированного состояния металла при прокатке в значительной степени определяется закономерностями течения металла в процессе деформации. При проведении исследований в лабораторных и промышленных условиях для определения перемещений различных слоев металла широкое применение имеет метод координатной сетки [63-66], кроме того используют различные методики по введению в основной металл «свидетелей» [34, 42]. Программный комплекс DEFORM 3D позволяет в автоматическом режиме отслеживать изменение координат точек, находящихся на поверхности заготовки, в процессе прокатки. Данная функция DEFORM 3D использована авторами работы [55] при моделировании процессов формоизменения угловых дефектов на слябах - по изменению координат точек, расположенных по периметру дефектов, судили о трансформации дефектов в процессе прокатки. В работе [56] оценивали перемещение точек-маркеров, нанесенных на исходную заготовку, в процессе деформации на колесопрокатном стане.
При моделировании напряженно-деформированного состояния металла использовали геометрические параметры исходных заготовок и калибров, соответствующие параметрам проведения экспериментов на лабораторном прокатном стане (глава 2) - моделировали прокатку заготовок квадратного сечения (30x30 мм) в ящичном, ромбическом и овальном калибрах. Соблюдение условия геометрического подобия с параметрами проведения лабораторных экспериментов обеспечило дополнительную воспроизводимость и сопоставимость результатов математического моделирования. Кроме этого, дополнительно провели моделирование процесса прокатки подката овального поперечного сечения в овальном калибре. При этом использовали тот же овальный калибр, что и для моделирования процесса прокатки квадратной заготовки, а размеры овального подката выбирали исходя из того, чтобы степень деформации имела то же значение, что и при прокатке квадратной заготовки в данном калибре.
Полученные данные о распределении степени использования запаса пластичности по сечению раската (рис. 37) позволяют констатировать, что независимо от формы калибра (ящичный, ромбический, овальный) и формы поперечного сечения исходного подката (квадрат, овал) наиболее неблагоприятная схема напряженно-деформированного состоянии металла создается в поверхностных слоях заготовки в центральной зоне калибра.
Анализ влияния параметров деформации на выработку дефектов при прокатке на мелкосортном стане
Положительное влияние экспериментальной калибровки на выработку дефектов является следствием снижения неравномерности деформаций по ширине раската при прокатке во всех клетях с измененной калибровкой (рис. 53), которое приводит к уменьшению величины дополнительных растягивающих напряжений и способствует более интенсивной выработке дефектов.
Наибольшая неравномерность деформаций по ширине раската при существующей калибровке характерна для клети №5, где в ящичный калибр задается подкат шестигранной формы. В данном случае ширина участков, где имеет место неравномерность деформаций, составляет около 60 % от общей ширины подката. При замене ящичного калибра на ребровой овальный калибр (экспериментальная калибровка) протяженность зоны неравномерных деформаций существенно снижается.
Коэффициенты выработки дефектов в зависимости от используемой калибровки и расположения дефектов на заготовках Калибровка валковчерновой группыклетей Коэффициент выработки дефектов на недокатах после клети №7 на недокатах после клети №9 в готовом прокате дефекты на гранях заготовки дефекты на ребрах заготовки отклонение, раз дефекты на гранях заготовки дефекты на ребрах заготовки отклонение, раз дефекты на гранях заготовки дефекты на ребрах заготовки отклонение, раз
Хотя в клетях №6 и №7 ширина зон неравномерной деформации при прокатке по существующей калибровке значительно ниже по сравнению с клетью №5 (неравномерность деформаций фактически имеет место только в угловых зонах раската), однако и в этом случае использование экспериментальной калибровки позволяет снизить неравномерность деформаций по ширине раската. За счет большего подобия формы подката и калибра, в котором производится проката, уменьшение деформаций от центра калибра к боковым участкам происходит более плавно.
С целью анализа технологичности экспериментальной калибровки дополнительно провели сравнительную оценку загрузки приводов клетей по току при использовании существующей и экспериментальной калибровок. Так как при использовании экспериментальной калибровки изменяли форму и размеры калибров клетей №5, №6 и №7, то оценку загрузки приводов производили для названных клетей и клети №8, где изменились размеры подката.
По полученным данным (табл. 11, рис. 54) при использовании экспериментальной калибровки незначительно возрастает загрузка привода клети №5 (на 1%) и снижается загрузка приводов остальных клетей, которых коснулось изменение калибровки: клети №6 - на 8%, клети №7 - на 11%, клети №8 - на 10%.
Касательно влияния расположения дефектов на заготовке на их выработку можно отметить, что по полученным данным дефекты, нанесенные на ребра заготовок, вырабатываются в 1,05-1,07 раза более интенсивно, чем дефекты на гранях заготовок (табл. 10, рис. 50-52). Следует отметить, что полученная картина более интенсивной выработки расположенных на ребрах заготовок дефектов совпадает с данными, полученными в ходе проведения лабораторных экспериментов (раздел 2.3). Кроме того, данные о более интенсивной выработке дефектов на ребрах заготовок приводятся и рядом других исследователей [34, 36], однако при этом разница в выработке дефектов в зависимости от их расположения выражена в гораздо меньшей степени. Так, например Ю.В. Зильберг [34] приводит данные о том, что расположенные на ребрах заготовок дефекты вырабатываются в 5-6 раз интенсивнее дефектов, расположенных на гранях.
Неравномерность выработки дефектов в зависимости от их расположения объясняется особенностями течения металла при заполнении калибров в процессе деформации. Так заполнение свободных боковых зон калибров происходит за счет тангенциального смещения поверхностных слоев раската прилегающих к боковым граням участков. В результате происходит значительное уменьшение толщины поверхностных слоев в указанных зонах и, как следствие, интенсивная выработка расположенных на ребрах заготовок дефектов. В центральной части калибра при обжатии металл получает только вертикальное смещение, вследствие чего толщина поверхностных слоев раската в осевой зоне уменьшается незначительно и дефекты, расположенные по центру верхней и нижней граней, вырабатываются менее интенсивно.
Анализ данных о влиянии расположения поверхностных дефектов по длине заготовки на их выработку показал, что дефекты, расположенные вблизи заднего конца раската, вырабатываются значительно менее интенсивно, чем дефекты посредине заготовки. Согласно полученных результатов коэффициент выработки дефектов на пробах, отобранных от готового проката на расстоянии 0,5 м от заднего конца, в среднем в 1,87-1,89 раза ниже по отношению к коэффициенту выработки дефектов, расположенных на расстоянии 8-10 м от заднего конца раската (табл. 12, рис. 55).
Полученная картина согласуется с данными полученными при физическом моделировании процессов прокатки (раздел 2), когда в непосредственной близости к торцу раската наблюдалось не только уменьшение выработки дефектов, но даже их раскрытие. Такое явление связано с отсутствием внешних зон при прокатке на концевых участках раската.
Согласно принятой методике проведения исследований (раздел 4.2) с целью определения влияния неравномерности охлаждения заготовки водой в процессе прокатки на выработку поверхностных дефектов отдельно проанализировали данные о коэффициенте выработки дефектов, расположенных на различных гранях заготовки. Результаты расчетов критерия Фишера (табл. 13) говорят о значимости влияния интенсивности охлаждения раската водой на выработку поверхностных дефектов. Также подтверждено значимое влияние калибровки валков на коэффициент выработки дефектов.
Коэффициент выработки дефекта №5 в среднем выше, чем коэффициент выработки дефекта №1: на недокатах после клети №7 - в 1,25 раза, на недокатах после клети №9 - в 1,17-1,20 раза, в готовом прокате - в 1,19-1,21 раза. Коэффициент выработки дефекта №3 в среднем выше, чем коэффициент выработки дефекта №1: на недокатах после клети №7 - в 1,06-1,07 раза, на недокатах после клети №9 - в 1,06-1,08 раза, в готовом прокате - в 1,08 раза.
Наиболее интенсивная выработка дефекта №5 объясняется тем, что согласно расположению дефектов на исходной заготовке и принятой схеме кантовки раската за время прокатки в черновой группе дефект №5 находился в верхнем положении 2 раза, а дефекты №1 и №3 - 3 раза. По принятой схеме кантовка раската производится на угол 90 против часовой стрелки после клетей: «А», «2», «4», «6» и по часовой стрелке после клети «8». При этом известно [20, 21, 67], что в наименьшей степени при прокатке вырабатываются дефекты, расположенные на верхней грани заготовки. Подаваемая на охлаждение валков вода задерживается на верхней грани, заполняя полости имеющихся дефектов, и возникающие в результате микровзрывы препятствуют выработке дефектов [21]. В рассматриваемом случае интенсивность охлаждения для дефекта №5 была выше интенсивности охлаждения дефектов №1 и №3 в 1,5 раза, что и привело к различию в выработке дефектов в 1,17-1,25 раза.
