Содержание к диссертации
Введение
1. Некоторые аспекты обеспечения качества гнутых профилей проката 4
1.1. Состояние вопроса 4
1.2. Задачи исследования 21
2. Оценка уровня качества и определение актуальных направлений совершенствования производства листовой заготовки 23
2.1. Определение коэффициентов весомости единичных показателей качества подката для профилирования 23
2.2. Методика обработки результатов экспертного опроса специалистов 24
2.3. Комплексная оценка качества и направления совершенствования производства подката стали марки СтЗГпс для профилирования 30
Выводы по второй главе 33
3. Разработка статистических моделей технологических свойств подката для профилирования 34
3.1. Уровень качества горячекатаной стали 34
3.2. Исследование характера упрочнения стали марки СтЗГпс 40
3.3. Исследование механических свойств и микроструктуры стали марки СтЗГпс по длине рулона 44
3.4. Исследование влияния параметров горячей прокатки листовой заготовки на ее потребительские свойства 48
Выводы по третьей главе 51
4. Физическое моделирование условий профилирования листовой заготовки 52
4.1. Исследование характера упрочнения наружных слоев мест изгиба заготовки
4.2. Исследование структуры горячекатаных полос из сталей марок СтЗГпс и СтЗпс, подвергнутых холодному гибу на градусов 60
4.3. Определение напряженно-деформированного состояния стали марки СтЗГпс методом измерения твердости 73
4.4. Анализ возможности применения стали марки ЗГпс для профилирования 76
Выводы по четвертой главе 79
5. Технология профилирования с использованием неразрушающего контроля 82
5.1. Методика неразрушающего контроля заготовки для производства качественных гнутых профилей 82
5.2. Сравнительный анализ полученных данных контроля полосовой стали марки СтЗГпс традиционным и неразрушающим методами 85
5.3. Разработка технологии профилирования с использованием неразрушающего поточного контроля заготовки 88
Выводы по пятой главе 91
6. Совершенствование процессов профилирования листовой заготовки на основе новых технических и технологических решений 91
6.1. Уменьшение трещинообразования при профилировании 91
6.2. Профилирование заготовки с недостаточной пластичностью...93
6.3. Разработка схемы профилегибочного агрегата с использованием НММК 95
6.4. Устранение концевых дефектов 96
Выводы по шестой главе 99
Заключение 100
Список использованных источников
- Задачи исследования
- Комплексная оценка качества и направления совершенствования производства подката стали марки СтЗГпс для профилирования
- Исследование влияния параметров горячей прокатки листовой заготовки на ее потребительские свойства
- Определение напряженно-деформированного состояния стали марки СтЗГпс методом измерения твердости
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Гнутые профили - один из наиболее экономичных видов проката, сочетающий высокие механические характеристики с относительно небольшой металлоемкостью. Этим объясняется востребованность гнутых профилей в машиностроении (в том числе транспортном), промышленно-гражданском и дорожном строительстве, а также в производстве товаров широкого потребления. Требования к качеству гнутых профилей постоянно возрастают, что вынуждает производителей все время совершенствовать технологию профилирования и использовать марки стали с улучшенными механическими характеристиками.
Качество гнутых профилей во многом определяется геометрией и свойствами полосовой стали, служащей заготовкой для их производства. Так как значителыгую часть сортамента гнутых профилей изготавливают из горячекатаных полос, представляется актуальным исследование взаимосвязи между свойствами горячекатаной заготовки и готовых профилей из нее. Это особенно важно при производстве гнутых профилей из ранее не использованных (или редко применявшихся) марок стали.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение потребительских свойств стальных гнутых профилей из углеродистых и низколегированных сталей путем совершенствования технологии их производства в условиях ЗАО «Прокат - Гнутый профиль» (ЗАО «ПГП») ОАО "Мзгшггогорский металлургический комбинат" (ОАО «ММК»).
Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:
выполнена комплексная оценка качества гнутых профилей и определены эффективные направления повышения уровня их качества;
определены рациональные технологические режимы горячей прокатки заготовки для профилирования из стали марки СтЗГпс, регламентированы диапазоны содержания химических элементов (С, Мп, Р) и допустимые значения прочностных (а„ <тт) и пластических свойств (55);
проведен сравнительный анализ структурных изменений, происходящих при изгибе образцов на угол 90 из сталей марок СтЗГпс и СтЗпс, построены карты распределения величин микротвердости по их сечению и на их основе оценены интенсивности напряжений и деформаций;
исследованы причины трещинообразования при производстве гнутых профилей и разработаны рекомендации по его устранению;
разработаны технические решения, направленные на снижение потерь металла в обрезь при профилировании на основе определения механических свойств заготовки в потоке профилегибочного агрегата (ПГА) неразрушаю-щим магнитным методом контроля (НММК), уменьшение концевых дефектов для профилей швеллерного типа и уменьшение трещинообразования на гнутых профилях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:
выявлена номенклатура единичных показателей качества заготовки для профилирования из углеродистых и низколегированных сталей, определены параметры весомости и проведено их ранжирование, что позволило определить наиболее эффективные пути получения качественных гнутых профилей с наименьшими затратами;
установлена зависимость, связывающая механические свойства заготовки из стали марки СтЗГпс с углеродным эквивалентом и скоростью охлаждения на отводящем рольганге стана горячей прокатки;
найдены связи механических свойств стали марки СтЗГпс с элементами химического состава, температурами конца прокатки и смотки, описанные с помощью уравнений множественной регрессии;
установлены зависимости характера упрочнения стали марки СтЗГпс от степени деформации;
определено напряженно-деформированное состояние металла (в виде полей интенсивностей напряжений и деформаций) по распределению значений микротвердости по толщине полос, подвергнутых изгибу в условиях схемы, близкой к всестороннему неравномерному сжатию;
- получены зависимости между значениями механических свойств низ
коуглеродистых сталей и электромагнитных характеристик - тока размагни
чивания и коэрцитивной силы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ заключается в следующем:
разработаны рекомендации по требуемому содержанию С, Мп, Р в стали марки СтЗГпс, обеспечивающему значительное снижение трещинообра-зования при последующем профилировании;
определены рациональные режимы горячей прокатки и выработан механизм получения необходимых механических свойств заготовки из стали марки СтЗГпс для профилирования путем целенаправленного воздействия на основные параметры прокатки (температуры конца прокатки, смотки и скорость охлаждения) при заданном химическом составе металла;
разработана и намечена к внедрению технология профилирования, позволяющая получать качественные гнутые профили из малоачастнчных сталей, в том числе, и стали марки СтЗГпс, ранее не использовавшейся для этих целей;
разработана методика оперативного определения интенсивностей напряжений и деформаций по замеренной твердости металла при профилировании;
на уровне изобретений предложены: система калибров для производства швеллеров без трещинообразования; конструкция клети, позволяющая устранить концевые дефекты швеллеров; схема профилегибочного стана с неразрушающим контролем свойств полосовой заготовки для сортовых профилей; рекомендации по диапазону содержания элементов химического состава сталей марок СтЗпс и СтЗГпс с целью снижения трещинообразования; способ испытания на загиб заготовки с целью определения приемлемости ее для профилирования.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ В настоящее время около 15% сортовых гнутых профилей в ЗАО «ГОЛ» ОАО «ММК» изготавливают из стали марки СтЗГпс.
Предложенные режимы охлаждения заготовки после горячей прокатки (температуры конца прокатки, смотки и скорость охлаждения) из стали марки СтЗГпс внедрены на НШПС 2000 ОАО «ММК».
Система калибров, разработанная для профилей швеллерного типа, внедрена на профилегибочном афегате 0,2-1,5x30-90 ЗАО «Минимакс-1» ОАО «ММК».
Неразрушающий метод магнитного контроля заготовки с использованием полученных статистических зависимостей используется в ЗАО «ПГП» для определения механических свойств заготовки, поступающей для профилирования.
Внесены изменения в технологические инструкции ЗАО «ПГП» по офа-ничению содержания химических элементов С, Мп, Р в стали марки СтЗГпс.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы доложены и обсуждены на втором Конфессе прокатчиков (г. Череповец, 1997 г.), третьем Конфессе прокатчиков (г. Липецк, 1999 г.), на Международных научно-технических конференциях: «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий» (г. Волгофад, 1997 г.), «Современные приборы, материалы и технологии для технической диагностики и неразрушающего контроля промышленного оборудования» (г. Харьков, 1998 г.), «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (г. Киев, 1999 г.), «Теория, методы и средства пластического формоизменения материалов с заданным уровнем свойств (г. Самара, 1999 г.), «Уральская металлургия на рубеже тысячелетий» (г. Челябинск, 1999 г.), «Теоретические проблемы прокатного производства» (г. Днепропетровск, 2000 г.), на 15-й Всемирной конференции по неразрушающему контролю (г. Рим, Италия, 2000 г.), на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ (1997 - 2000 гг.).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам работы опубликованы две монофафии, 19 научных статей, получены 2 патента и два решения о выдаче патентов на изобретения.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Она содержит 120 с. машинописного текста, 29 рисунков, 16 таблиц, библиографический список из 123 наименований и приложения.
Задачи исследования
Значительно чаще наблюдается трещинообразование на профилях высокой жесткости (ПВЖ), изготавливаемых, в большей части, из низколегированных сталей марок 09Г2, 09Г2Д и 10ХНДП.
Так как замкнутые гофры на ПВЖ формируются за счет локальной вытяжки металла заготовки, сопровождающейся большим (до 30%) утонением в местах изгиба (особенно - гофры трапециевидного сечения), а пластичность вышеуказанных сталей часто бывает неудовлетворительной, то это приводит к появлению трещин у оснований или вершин гофров, иногда - по всей их длине. Вероятность трещинообразования на ПВЖ усугубляется еще и тем, что у большинства из них при формовке осуществляется раскатка (пластическое обжатие до є=2 %) продольных окологофровых участков [15].
Для улучшения геометрии ПВЖ (особенно - несимметричных, например, с односторонним по отношению к продольной оси профиля расположением гофров) нередко применяется технология формовки с исключением поперечного перемещения металла в зону деформации (формирование гофров) за счет зажатия валками определенных участков по ширине заготовки, либо создания технологических отбортовок (перегибов металла с малыми радиусами). В этом случае, при недостаточной пластичности металла, также образуются трещины в соответствующих местах формуемой полосы.
После формообразования периодических гофров полоса, до ее порезки на мерные длины, обязательно подвергается правке в роликоправильной машине по плоским межгофровым участкам. В этом случае часть металла, прилегающая к основаниям гофров, подвергается вертикальным перемещениям, что при неудовлетворительных свойствах заготовки или неправильно выбранных режимах правки также приводит к появлению трещин у оснований гофров, причем, вероятность трещинообразования здесь тем выше, чем больше толщина заготовки и меньше ширина выправляемого ее участка. Трещинообразование при формовке ПВЖ не только увеличивает расход металла, но и ограничивает параметры гофров, в частности - их высоту, что снижает технологические возможности производства данного вида гнутых профилей.
С целью профилактики трещинообразования путем улучшения механических свойств заготовки для профилирования (за счет увеличения разности зв-От) ранее проведенными на ОАО «ММК» исследованиями были найдены оптимальные режимы правки полос [2] как для сортовых, так и листовых гнутых профилей.
Была апробирована технология формообразования гофров на листовых профилях с равными радиусами изгиба по всему поперечному сечению - у оснований и вершин гофров [48, 49], что уменьшает степень утонения мест изгиба и неравномерность деформации, снижая тем самым склонность к трещино-образованию.
Для уменьшения растягивающих напряжений на кромках сортовых гнутых профилей при подгибке их вертикальных элементов на агрегате "2-8" была применена технология формовки с переменным уровнем за счет поднятия на определенную величину задающей (с гладкими валками) и первой формующей клетей профилегибочного стана [50].
При разработке калибровок новых сортовых гнутых профилей, производимых в ЗАО "ПГП", особое внимание уделяется профилактике "переформовки" мест изгиба, что и нашло отражение в известных технических решениях [51, 52]. Эту же цель преследует и рекомендация по характеру изменения величин радиусов изгиба некоторых профилей в отдельных переходах [53].
Ранее проведенными исследованиями ОАО «ММК» совместно с УКР-НИИМетом (г. Харьков) определены величины отдельных параметров гофров ПВЖ, обеспечивающие максимальное снижение вероятности трещинообразования при их формовке. Эти величины определяются, главным образом, формой поперечного сечения замкнутых гофров [54]. Калибровки валков для ПВЖ выполняются таким образом, чтобы свести до минимума растягивающие на пряжения в отдельных элементах формуемых гофров [55]. Даны также рекомендации оптимальных параметров процесса правки ПВЖ, исключающих появление трещин [56]. Наиболее радикальным способом профилактики трещи-нообразования при формовке сортовых гнутых профилей из малопластичных марок сталей и ПВЖ следует считать формовку с локальным нагревом мест изгиба или участков формообразования гофров на полосе [57, 58].
Определенную долю в сортаменте профилегибочных станов ОАО ММК занимают сортовые гнутые профили с гофрами жесткости на отдельных элементах (например, на стенке швеллера). Эти гофры формуются за счет некоторого утонения (вытяжки) металла без увеличения ширины исходной заготовки, что дает экономию металла при увеличении несущей способности профилей.
Работами, проведенными на заводе "Запорожсталь" А.П. Чекмаревым, В.Б. Калужским и др., выявлены причины образования дефектов при профилировании и сделана их классификация [59], а также найдены способы устранения отдельных дефектов геометрии гнутых профилей (например, их продольного скручивания [45].
Технические требования к заготовкам и виды брака при профилировании рассмотрены в работе В.И. Давыдова и М.П. Максакова [60]. Касался вопросов качества гнутых профилей в своих работах и К.Н. Богоявленский (например, установление связи между твердостью и другими механическими свойствами профилей и упрочнением [61]).
Среди направлений исследований, связанных с качеством заготовки и гнутых профилей, проводившихся за рубежом, можно отметить следующие.
Сравнительные испытания механических свойств полосовой заготовки из мартеновской, конвертерной и томасовской стали были проведены в ФРГ [62]. Опытное профилирование этих сталей показало, что наиболее предпочтительными для получения качественных гнутых профилей являются полосы из спокойной и кипящей конвертерной стали с определенным содержанием в ней химических элементов С, Мп, Р, S.
Комплексная оценка качества и направления совершенствования производства подката стали марки СтЗГпс для профилирования
Из таблицы 4.2 видно, что относительное утонение при изгибе в штампе примерно на 70% ниже, чем при традиционной схеме профилирования, что подтверждает предположение о том, что при изгибе в «полуоткрытом штампе» создаётся иная схема напряжённо-деформированного состояния, более благо приятная с точки зрения и трещинообразования, и получения потребительских свойств готовой продукции.
На отобранных образцах после изгиба в штампе помимо определения механических свойств были проведены металлографические исследования и измерения микротвердости по специальной схеме. Химический состав исследо ванных сталей марок СтЗГпс и СтЗпс приведен в табл. 4.3.
Резку образцов осуществляли на станке с алмазным кругом ISOMET . Подготовку поверхности образцов проводили на комплексе пробоподготовки фирмы «Buehler» с использованием методики «New Buehler Conception». Металлографические исследования проводились на микроскопе Nikon EPIPHOT-ТМЕ. Измерение твердости по сечению образцов производили на микротвердомере MJCROMET1.
В исследованных полосах наблюдается типичная для доэвтектоидной стали феррито-перлитная структура. Для микроструктуры образцов из стали марки СтЗГпс характерно строчечное расположение колоний перлита (рис. 4.5 б). Мелкие колонии перлита выстроены в линии, более крупные колонии расположены равномерно. В образцах из стали марки СтЗпс по месту гиба (рис.4.5 а) структура более крупнозернистая (в образцах толщиной 5 и 6 мм - табл. 4.4), перлит расположен в структуре равномерно, полосчатой структуры не наблюдается. Некоторые количественные характеристики структуры полос приведены в табл. 4.4. x400
Известно [108, 109], что при изгибе в металле имеется нейтральный слой (слой, в котором линейные деформации равны нулю). По обе стороны от него деформации имеют разный знак: наружные слои имеют знак «плюс» (деформация растяжения), а внутренние слои - «минус» (деформация сжатия).
Исследование структур образцов после холодного гиба на 90показало, что во всех образцах визуально фиксируются три зоны: зона растяжения, зона сжатия и зона с недеформированными зернами феррита.
Зона растяжения примыкает к внешней поверхности профиля. Для структуры зоны характерно то, что зерна феррита вытянуты в тангенциальном направлении. Деформация перлитных колоний не фиксируется (см. рис. 4.5).
В исследованных образцах между зоной растяжения и зоной сжатия наблюдается область с недеформированными зернами. Ее микроструктура (рис. 4.6) практически не отличается от структуры металла вне очага деформации как в образцах из стали марки СтЗпс, так и в образцах из стали марки
В зоне сжатия происходят следующие изменения: зерна феррита по мере приближения к внутренней поверхности образца постепенно удлиняются в радиальном направлении. Зерна феррита, примыкающие к внутренней поверхности, максимально деформированы (рис. 4.7).
Перлитные колонии в зоне сжатия равноосны (см. рис. 4.7).
Для оценки размеров зон проведена съемка карт микроструктуры. Карты представляют собой последовательный ряд фотографий очага деформации. Границы зон определялась методом экспертной оценки, результаты промеров приведены в табл. 4.5.
Рис. 4.8 и 4.9 иллюстрируют различия в относительных размерах зон. Относительные поперечные размеры зон близки для образцов с толщиной 5-6 мм и составляют 20-22,5% для зоны растяжения, 23,3-26,5% для зоны сжатия, 52,5-56,7% для зоны с недеформированными зернами. В образцах из стали марки Зпс толщиной 4,0 мм и из стали марки СтЗГпс толщиной 4,2 мм относительные размеры зон растяжения и сжатия значительно меньше. Уменьшение размеров наиболее существенно для образцам стали марки СтЗпс (10% - зона растяжения; 13,75% - зона сжатия).
Измерение твердости производили по специальной схеме, что позволило получить полную картину изменения твердости по сечению полос, подвергнутых гибу на 90 (рис. 4.10). Результаты замеров обрабатывались средствами Microsoft Excel, что позволило построить карты распределений величин микротвердости по сечению образцов (рис. 4.11, 4.12). Распределение твердости по сечению всех исследованных образцов носит сложный характер, характеризующийся повышенными значениями твердости в слоях, прилегающих к внешней и внутренней поверхностям образцов, и минимальными значениями для сердцевины. Следует отметить, что по сравнению с образцами из стали марки Зпс, процессы деформационного упрочнения при гибе приводят к значительно большему повышению уровня твердости образцов из стали марки СтЗГпс.
Исследование влияния параметров горячей прокатки листовой заготовки на ее потребительские свойства
Для реализации описанной ниже (см. раздел 5.3) технологии профилирования с использованием бесконтактного неразрушающего поточного контроля заготовки большое значение имеет точность определения механических свойств вдоль движущейся полосы (в работе с контактным прибором КИФМ-1 возможно как продольное, так и поперечное измерение датчиком).
Сравнение значений показателей механических свойств испытуемых образцов как для продольного, так и поперечного направлений прокатки свиде тельствует о хорошей сходимости этих значений: разница Дстт находится в пределах 10,5 %, Аств - в пределах 6 %, А85 - 10 % и Д(От/св) - 2,8 %. Таким образом, измерение свойств движущейся полосы неразрушающим методом вполне допустимо при контроле в потоке профилегибочных агрегатов.
Длительная практика производства гнутых профилей на станах ЗАО «ПГП» показала, что одним из основных дефектов гнутых профилей являются трещины, причины образования которых были рассмотрены выше. Как установлено ранее, вероятность возникновения трещин связана, в том числе, и с характеристикой оУов, корреляционно связанной с величиной коэрцитивной силы материала.
Выше было показано (раздел 3), что заготовка для профилирования должна иметь определенные механические свойства, в частности, величина от ношения GT/CFB конкретной стали должна находиться в диапазоне значений al-а2. Если ат/ав аі, то при достаточно больших частных углах подгибки на кромках профилей, вследствие значительных растягивающих напряжений может появиться волнистость [45], а при ат/оь а2 возрастает вероятность трещи-нообразования.
Известно [112], что механические свойства полосовой стали могут изменяться в широких пределах по длине рулонной заготовки. Например, пластичность передних и задних концов такой заготовки ниже, чем у средних (по длине) участков полосы, что обусловлено особенностями горячей прокатки полосового металла. Поэтому случается, что режимы профилирования (углы подгибки и радиусы изгиба), пригодные для средних участков полосы, неприемлемы для ее концов относительно большой протяженности (суммарная длина участков с неприемлемыми свойствами, по данным ЗАО «ПГП» и ЦЛК ОАО «ММК», достигает 15-20 м).
В результате этого приходится либо увеличивать обрезь металла на концах полос, либо применять более «мягкие» режимы профилирования (например, за счет увеличения числа формирующих клетей и уменьшения частных углов подгибки), что повышает расход металла и трудозатраты на профилирование.
Однако если имеется возможность оперативного определения свойств движущейся заготовки, то при соответствующем оснащении профилегибочного стана возможно получение качественных профилей практически из всей длины полосы. Нами в ходе выполнения настоящей работы определена и предложена для эксплуатации схема профилегибочного стана, при профилировании на котором повышается коэффициент использования металла без снижения уровня качества профиля.
Особенностью этого стана является наличие у него одной-двух резервных клетей, выполненных с быстродействующим нажимным устройством и с возможностью свободного прохождения профилируемой полосы между валками. При этом между задающей клетью и установленными за ней вертикальными роликами дополнительно размещена электромагнитная установка неразру-шающего контроля (например, ИМПОК-1), электрически связанный с нажимными устройствами резервных клетей, а при профилировании швеллеров резервная клеть установлена только после второй формирующей клети [113].
Местоположение средств неразрушающего контроля за первой (задающей) клетью стана объясняется тем, что заготовка в зоне действия прибора должна быть, по возможности, плоской и тем, что гладкие валки первой клети, создающие «подпор» полосы, задаваемой в формирующие клети, могут частично формировать (обжимать) металл, изменяя его механические характеристики. Достаточно близко расположенные к прибору вертикальные ролики обеспечивают устойчивость движущейся полосы в вертикальной плоскости в необходимых пределах, сохраняя стабильным зазор между испытуемым металлом и прибором.
Местоположение резервной клети (клетей) зависит от вида профиля и от величины суммарных углов подгибки, при которой наиболее часто наблюдается трещинообразование, так как при критических свойствах металла, вызывающих этот дефект, необходимо вместо одного прохода сделать два, с меньшими частными углами подгибки. Поэтому при профилировании швеллеров достаточно иметь только одну резервную клеть, но установленную после второй формирующей клети, так как трещинообразование у гнутых швеллеров наиболее часто наблюдается при суммарных углах подгибки, соответствующих третьему проходу [114].
При получении соответствующего сигнала от прибора, зафиксировавшего неприемлемые механические свойства конкретной заготовки, включаются быстродействующие (например, гидравлические) нажимные устройства резервных клетей (клети) с немедленным опусканием верхнего валка (до получения сигнали валки разведены, обеспечивая беспрепятственное прохождение заготовки через клеть) до требуемого положения с началом подгибки полосы на заданный угол, что и предотвращает появление на профилях вышеописанных дефектов.
Определение напряженно-деформированного состояния стали марки СтЗГпс методом измерения твердости
В ходе выполнения настоящей работы были найдены и апробированы на профилегибочных станах ОАО «ММК» некоторые технические решения, направленные на совершенствование технологии производства стальных гнутых профилей с целью повышения их потребительских свойств.
Обработка статистических данных химического состава углеродистой полосовой стали для профилирования толщиной 4-6 мм, на которой чаще всего наблюдалось трещинообразование, показала, что существенное влияние на склонность металла к появлению дефекта "трещины" оказывает содержание в стали углерода и марганца. Например, по ГОСТ 380 максимальное содержание углерода в прокате сталей марок СтЗпс и СтЗсп может составлять 0,25 %, а марганца - 0,70 %. Опыт производства сортовых гнутых профилей из этой стали на станах 1-4x50-300 и 2-8x100-600 ЗАО "ПГП" показал, что при содержании углерода в пределах 0,23-0,25 %, а марганца 0,61-0,70 % отбраковка профилей по трещинам может достигать 8-10 %.
В то же время было установлено, что даже при содержании углерода в пределах 0,19-0,22 % и марганца в пределах 0,5-0,6 %, но при повышенном содержании серы (до 0,055 %) и фосфора (до 0,045 %) отбраковка гнутых профилей по указанному дефекту достигает 4-5 %. Поэтому было предложено в углеродистой стали, используемой в качестве заготовки для профилирования, ограничить верхний предел содержания углерода (0,22 %) и марганца (0,6 %), причем, суммарное содержание марганца, фосфора и серы в заготовке должно быть: 0,98[Мп] + 14,04[Р] + 35,02[S]=(0,392-2,155), где в квадратных скобках - содержание указанных элементов в весовых процентах [19].
Исследования, проведенные в ЗАО «ПГП», показали, что решающее влияние на трещинообразование при профилировании полос толщиной 4-6 мм оказывает величина суммарного содержания в углеродистой стали (например, СтЗкп, -пс, -сп) марганца, серы и фосфора. Так как при содержании Мп =0,6 %, S =0,04 % и Р =0,03 % отбраковка по трещинам составляла (от всего брака) до 40 %. При профилировании же заготовки с содержанием (%): С=0,14; Si=0,07; Мп=0,5 %; Р=0,02; S=0,02; Cr=0,2; Cu=0,l; As=0,05, в которой суммарное содержание марганца, серы и фосфора равно: Б=0,98х0,5+14,04х0,02+35,02х0,02=1,47 (то есть в диапазоне 0,392-2,155) - аналогичная отбраковка составила 6 %.
Величину Б определяли в этих исследованиях по сертификатам на поставленную в ЗАО «ПГП» полосовую заготовку с выборочной проверкой ме талла на контрольный химический анализ, который показал хорошее соответствие «сертификатных» и «контрольных» величин.
На основании проведенных исследований с целью повышения качества заготовки для профилирования из стали марки СтЗГпс предложено ограничить относительно СТП 14-101-350-98 верхний предел содержания элементов химического состава: [С]=0,14-0,18%; [Мп]=0,80-0,95%; [Р] 0,028%; верхний предел предела текучести: сгт 350 МПа, временного сопротивления разрыву сгв 500 МПа и нижний предел относительного удлинения: 85 24%.
По результатам проведенной работы разработана и апробирована в ЗАО «ПГП» ОАО «ММК» схема профилирования равнополочных швеллеров из стали марки СтЗГпс, которая является менее пластичной по сравнению с СтЗпс [116,117,121,122].
Сущность схемы заключается в создании избытка металла в местах изгиба за счет того, что периметр средней части заготовки между горизонтальными участками первых двух калибров больше ширины этих участков, так как эта часть заготовки изгибается вниз со стрелой прогиба, близкой к величине горизонтального межвалкового зазора 5 (рис. 6.1). При этом уменьшается (или полностью отсутствует) утонение мест изгиба в последующих калибрах.
Каждый из калибров I - III, показанных на рис. 6.1, имеет разные величины зазоров между верхними і и 2 валками. Калибры выполнены с закрытием ребордами 3 нижних валков для предотвращения поперечного смещения формуемой полосы 4. Величина зазора 8 равна номинальной толщине S заготовки (и швеллера) , а величины зазоров I и II калибров определяются по эмпирическим зависимостям соответственно: $={0,6. і)Щн + Щ и (52 = (0,45...0,55)(51-5)+5, где Н - высота швеллера; к - коэффициент, равный 0,15-0,17 при временном сопротивлении заготовки ав =250-460 МПа и к=0,18-0,21 при 460 je 640 МПа.
В калибрах I и II углы наклона oil и а2 конических образующих 5 и 6 соответственно валков 7 и 2 выполнены без углов освобождения, когда по всей ширине конических элементов зазоры не меняются [59]. Это сделано с целью улучшения захвата заготовки валками (особенно при поштучном процессе профилирования) и для исключения взаимного проскальзывания валков и металла, то есть травмирования их поверхности.