книги из ГПНТБ / Чижиков, Ю. М. Редуцирование и прокатка металла непрерывной разливки

Часть I I

ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОКАТНОЙ ПРОДУКЦИИ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА

Г л а в а 7

ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ НА СВОЙСТВА МЕТАЛЛА

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Качество металла характеризуется его эксплуатаци­ онными свойствами. Они должны быть однородными и возможно более высокими. Свойства металла зависят от очень многих факторов: химического состава металла, качества отливаемых слитков, условий деформации при горячей обработке давлением и термической обработки.

Проблеме влияния деформации на качество (свойст­ ва) металла посвящена значительная литература [36, 37]. Подавляющая часть исследователей считает, что обработка давлением способствует улучшению качества металла по большинству параметров. Однако по-разно­ му оцениваются величины тех степеней деформации, ко­ торые могут быть достаточными для обеспечения опреде­ ленного уровня свойств металла, и по-разному определя­ ются сами степени деформации.

Проблема установления минимально допустимой сте­ пени деформации стала особенно острой при производст­ ве готовой продукции из слитков (слябов, заготовки) непрерывной разливки.

Выбор той или иной степени необходимой суммарной деформации определяет не только уровень свойств гото­ вой продукции, но и, что не менее важно, состав обору­ дования прокатных цехов и отделений непрерывной раз­ ливки. Допустим, что из слитков непрерывной разливки требуется получить готовый прокат круглого сечения диаметром 80 мм. Если принять, что суммарная деформа­ ция, нужная для производства металла с удовлетвори­

141

тельными свойствами, равна четырехкратной вытяжке то исходное сечение непрерывнолитого слитка должно быть равно 142X142 мм. Если же необходима суммарная деформация, равная четырехкратной осадке, то наиболь­

шая сторона исходного сечения непрерывнолитого слитка будет составлять 320 мм.

В случае, когда четырехкратная вытяжка недоста­ точна и для достижения заданных свойств потребуется суммарная деформация, равная, например, 10-кратной вытяжке, то для получения того же профиля понадобит­ ся непрерывнолитой слиток сечением 225X225 мм. При суммарной деформации, равной 10-кратной осадке,

сторона исходного сечения будет равна 80-10=' = 800 мм.

Эти примеры можно бесконечно продолжить. Но и из приведенных примеров понятно, что чем больше необхо­ димая суммарная деформация, тем больше должно быть сечение исходного слитка и наоборот.

С увеличением размеров исходного сечения слитков изменяется состав прокатного оборудования. Непрерыв­ нолитые слитки сечением 142X142 мм могут быть прока­ таны непосредственно на среднесортном стане. Слитки

сечением 225X225 мм можно прокатать на крупносорт­ ном стане при одном нагреве.

Для прокатки непрерывнолитых слитков со стороной сечения 320 мм потребуется заготовочный стан, а для прокатки^ слитков со стороной сечения 800 мм — еще и

обжимной стан. Нужный профиль будет при этом полу­ чен в два передела,за два нагрева.

Соответственно размерам слитков будет изменяться также и количество установок непрерывной разливки.

Из сказанного следует, что стремление улучшить ка­ чество металла увеличением суммарной деформации на­ ходится в противоречии со стремлением упростить состав прокатного оборудования и уменьшить число горячих переделов при производстве проката.

Как же правильно решить это противоречие?

В настоящее время борются две тенденции. По одной из них при выборе исходных сечений непрерывнолитых слитков обосновываются как достаточные малые значе­ ния суммарных степеней деформации, выражаемых к то­ му же в виде коэффициентов вытяжки. Другая тенденция основывается па предпосылке, что повышение суммарной деформации сказывается на качестве только положи­

142

тельно, а ее уменьшение может привести к снижению свойств металла.

Сторонники этой тенденции, к которым относится и автор, исходят из необходимости создавать такую техно­ логию деформации непрерывнолитого металла и устанав­ ливать такое оборудование, при которых обеспечиваются высокие степени суммарной деформации литого металла.

Степень деформации при обработке давлением ха­ рактеризуется различными показателями. К ним отно­

где Я, h— исходная и конечная высота деформируемой полосы;

Несмотря на то, что приведенные зависимости обще­ известны, нередко их понятия смешивают, что в ряде случаев может привести к совершенно неправильным выводам. Так, если смешивать понятия вытяжки и обжа­ тия или вытяжки и осадки при установлении их влияния на какое-либо свойство металла, можно получить суще­ ственно различающиеся количественные результаты.

ВЛИЯНИЕ СУММАРНОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА НЕОДНОРОДНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА

Влияние суммарной деформации на механические свойства изучали при прокатке нескольких сталей в раз­ личных условиях.

Наиболее полные данные получили при исследовании рельсовой стали. Рельсы Р-50 прокатывали из слитков сечением 875X770/(735X640) и слябов непрерывной раз­

143

ливки сечением 175X700 мм. Те и другие слитки отлива­ ли из металла одной и той же плавки. Слитки прокаты­ вали на блюминге за 17 проходов до сечения 270X280 мм. Затем блюмы нагревали в методической печи рельсоба­ лочного стана, после чего их прокатывали за 12 прохо­ дов до готового профиля рельсов Р-50. Литые слябы 175X700 мм прокатывали непосредственно на рельсоба­ лочном стане после нагрева в методической печи. Про­ катку слябов до готового рельса Р-50 производили за 14 проходов, из них пять проходов осуществляли в обжим­ ной клети 900 рельсобалочного стана (при прокатке блюмов 270X280 число проходов в клети 900 равнялось трем).

В процессе прокатки отбирали темплеты после второ­ го и четвертого проходов, от первой и второй трапеций

иот готового профиля рельса Р-50. Кроме того, отобрали темплеты от литого сляба 175X700 мм. Металл, отлитый

вслитки, исследовали в сечениях блюмов 270X280 мм, после прокатки в первой и второй трапециях и в готовом профиле рельса Р-50.

На продольных горячекатаных образцах были опре­ делены механические свойства при комнатной температу­ ре. Результаты приведены на рис. 75—77. Обращает на себя внимание значительный разброс свойств в каждом исследованном сечении при прокатке как из слитков, так

ииз литых слябов.

Практически одинаковый разброс значений свойств получается при близких значениях относительного сум­ марного обжатия. Вместе с тем такое равенство неодно­ родности свойств имеет место при резко различных значениях суммарной вытяжки. Так, при «2=78-1-81%

достигается равенство неоднородности предела прочно­ сти рельсов Р-50, прокатанных из литых слябов и слит­ ков. Вытяжки при этом составляли 18,6 и 86, т. е. разли­ чались в 4,6 раза. Это относится ко всем механическим свойствам и практически ко всем обжатиям.

Несмотря на значительную суммарную деформацию разброс свойств в готовых рельсах, судя по опытным дан­ ным, еще довольно значительный: для ов он равен 9 при отношении минимального значения к максимальному

Уменьшить эту неоднородность свойств рельсов мож-

144

о

СО

0 0

но двумя путями: 1) снижением неоднородности свойств металла в литом состоянии; 2) повышением степени сум­ марной деформации — при прокатке рельсов из слябов этого можно достигнуть увеличением большей стороны сечения.

Обработка полученных данных позволила установить определенные закономерности изменения степени неодно-

I П И Ш У

Рис. 77. Изменение ударной вязкости рельсовой стали по сечению полос:

I—XI — то же, что на рис. 75.

родности свойств металла в зависимости от величины их неоднородности в литом состоянии и от степени суммарной деформаци.

Выразив степень неоднородности свойств т как раз­ ницу между максимальным (ттах) и минимальным (mmin) значениями соответствующего свойства

получили следующую зависимость, характеризующую в

общем виде неоднородность механических свойств де­ формированного металла:

и отражает неоднородность свойств металла в литом сос­ тоянии. В зависимости от того, неоднородность каких

Рис. 78. Степень неодно­ родности свойств метал­ ла по сечению в зависи­ мости от суммарной сте­ пени деформации

свойств металла рассматривается, члены т и тл в фор­ муле (7.5) должны обозначаться через та , та , та , тй

и ту а также ( т с^л, К ^ л,К ^ лК ) л и (т °)л соответст­

венно свойствам металла. Получаемая в каждом случае по формуле (7.5) величина имеет размерность такую же, как и рассматриваемое свойство металла.

Кривые, приведенные на рис. 78, иллюстрируют ха­

148

рактер изменения степени неоднородности свойств в за­ висимости от суммарного обжатия при различных значе­ ниях неоднородности свойств литого металла. Судя по этим кривым, неоднородность свойств металла при на­ чальных степенях суммарной деформации несколько уве­ личивается по сравнению с литым состоянием и достига­ ет наибольшего значения примерно при и2= 0,2. По ме­

ре дальнейшего увеличения суммарного обжатия неодно­ родность свойств постепенно уменьшается и стремится к нулю при стремящемуся к единице.

При общем законе изменения степени неоднородности свойств по мере увеличения суммарного обжатия сама степень неоднородности тем меньше, чем она меньше в исходном, литом состоянии, и наоборот.

Влияние деформации на свойства исследовали, также при прокатке непрерывнолитых слитков •— слябов сече­ нием 950X280 мм углеродистой стали Ст. Зсп, на блюмы и заготовку. Эти слитки нагревали в колодцах и прокаты­ вали на блюминге 1300 и непрерывно-заготовочном стане до сечения 80X80 мм в один нагрев. По ходу прокатки отбирали темплеты, из которых затем готовили образцы для определения механических свойств в горячекатаном состоянии в продольном направлении при комнатной тем­ пературе.

Приведенные на рис. 79 данные показывают характер влияния суммарной деформации на степень неоднородно­ сти свойств стали. Так же, как и в предыдущих случаях, совершенно отчетливо видно облагораживающее дейст­ вие деформации на качество металла. Особенно сущест­ венно уменьшается неоднородность свойств при обжати­ ях 80% и больше. Изменение свойств по мере увеличе­ ния суммарной деформации происходит по тем же зако­ номерностям, что и при прокатке рельсовой стали.

ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА В ПРОЦЕССЕ ПРОКАТКИ

На рис. 80 и 81 показано изменение средних значений механических свойств в процессе прокатки рельсов Р-50 из слитков со средним сечением 805X705 мм и литых слябов сечением 700X175 мм в зависимости от суммар­ ного относительного обжатия их и суммарной вытяжки

Эта зависимость носит закономерный характер — свойства постепенно возрастают по мере увеличения их .

149