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

{

к г с / м м

Рис. 81. Изменение относительного удлинения и сужения рельсов Р-50 в зави­

152

Обращает на себя внимание более замедленное воз­ растание свойств при прокатке рельсов из обычных слит­ ков.

Замедленное улучшение свойств рельсов, прокатан­ ных из обычных слитков (кривые 4), по сравнению с из­ менением свойств рельсов, прокатанных из литых слябов, можно, по-видимому, объяснить характером деформации рельсов. В первом случае прокатка слитка почти квад­ ратного исходного сечения осуществлялась со многими кантовками, которые неизбежно задерживали процесс уплотнения металла. Во втором случае — при прокатке рельсов из слябов •— значительная часть общей деформа­ ции происходила по одной стороне, что, наоборот, способ­ ствовало уплотнению металла.

При больших суммарных деформациях соответствую­ щие свойства для обоих процессов все более сближаются. Конечные свойства при этом зависят от свойств металла в литом состоянии. Нетрудно заметить, что зависимости свойство — суммарная вытяжка имеют неопределен­

ный характер. Создается впечатление, что, например, пя­ тикратная вытяжка полностью формирует конечные свой­

свойства при прокатке из обычных слитков. Окончатель­ ные же свойства одинаковых по размеру рельсов дости­ гаются при вытяжках соответственно около 18,6 и 86.

Такое значительное расхождение в результатах, оче­ видно, указывает на неопределенность степени деформа­ ции, выраженной через суммарную вытяжку Xs.

Эти данные, а также приведенные выше — при ана­ лизе влияния деформации на неоднородность свойств металла —■позволяют сделать вывод о том, что для оцен­ ки влияния деформации на свойства металла следует ис­ пользовать в качестве показателя деформации степень деформации uz, определяемую по отношению характер­

тельное влияние деформации на свойства металла не может быть рекомендована в качестве показателя сте­ пени деформации.

Обработка полученных данных позволила получить аналитические зависимости механических свойств от степени деформации, выраженной показателем суммар­

153

ной деформации «2. Эти зависимости оказались различ­

ными для условий прокатки из литых слябов, где дефор­ мация в начальной стадии односторонняя, и для условий прокатки из слитков почти квадратного сечения, при ко­ торой деформация происходит с многочисленными кантовками.

Как уже отмечалось, при прокатке рельсов из о б ы ч- ных с л и т к о в зависимости свойств металла от сум­ марной деформации, в частности предела прочности, те­ кучести и ударной вязкости, получались несколько ины­ ми — такими же, как относительное удлинение и сжатие при прокатке из слябов. Эти зависимости удовлетвори­ тельно описываются следующими уравнениями:

ВЛИЯНИЕ ОБЖАТИЯ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ В ПОПЕРЕЧНОМ НАПРАВЛЕНИИ

Исследование осуществляли при прокатке заготовки 150X150 мм углеродистой стали 15 из непрерывнолитых

154

слябов сечением 200X800 мм. Поперечные образцы для определения ударной вязкости отбирали, как показано на рис. 82, а—г. Как это можно видеть на рис. 82, д, ве­ личина tn0= a Hmax—aHmin, представляющая собой разни­ цу между максимальным и минимальным значениями ударной вязкости при комнатной температуре и 0°С, уве­ личивается с возрастанием суммарного относительного обжатия примерно до 30%, после чего сначала постепен­ но, а затем все быстрее снижается, стремясь к нулю при

1 •

Такой характер изменения неоднородности отражает физическое состояние металла, некоторое разрыхление литого металла в начальной стадии деформации, его вы­ равнивание при средних суммарных деформациях и уплот­ нение при больших степенях суммарной деформации.

При температурах испытаний между 0 и —40° С пре­ валирующее влияние оказывает сама температура испы­ тания. Роль степени деформации, как видно по рис. 82, д, существенно уменьшается.

Закон изменения средней величины ударной вязкости в поперечном направлении по мере возрастания суммар­ ной деформации приближенно описывается следующим уравнением

Ударная вязкость в продольном направлении описы­ вается уравнением:

нетрудно убедиться, что отношение (ан) 0 в поперечном направлении к (ан) с в продольном направлении равно примерно 0,5, что находится в соответствии с общепри­ нятыми представлениями.

Анализ приведенных данных позволяет сделать сле­ дующие выводы:

1.Деформация при прокатке оказывает существенное влияние на механические свойства металла.

2.По мере увеличения суммарного относительного обжатия непрерывно повышаются средние значения ме­ ханических свойств металла.

3.В слабо деформированном металле (суммарное обжатие 20—30%) неоднородность свойств выше, чем в

155

86

87

88 750

89

8Ю

, к?с-м/см!

=81%, ^ “ 7,1

156

литом. При дальнейшем увеличении суммарного обжатия неоднородность свойств уменьшается в тем большей ме­ ре, чем выше суммарное обжатие. Неоднородность стре­ мится к нулю при их, стремящемуся к единице. Степень

неоднородности свойств в деформированном металле на­ ходится в зависимости от степени неоднородности метал­ ла в литом состоянии. Чем меньше неоднородность лито­ го металла, тем при прочих равных условиях меньше и неоднородность свойств металла в прокатанном состоя­ нии.

4. В реальных условиях даже при суммарной дефор­ мации, равной 80%, степень неоднородности свойств по­ лучается еще значительной. Поэтому для достижения оп­ тимальных свойств суммарная степень деформации дол жна быть возможно более высокой и при всех условиях превышать 0,8.

5. Для объективной оценки влияния деформации на свойства металла степень деформации следует оценивать величиной относительного обжатия us = [ (Я—h)/H]s или

иъ— (Fо — Fk)/F0. Оценка деформации степенью вытяж­ ки = F0/FK в некоторых случаях может приводить к ошибочным выводам.

Глава 8

УПЛОТНЕНИЕ МЕТАЛЛА В ПРОЦЕССЕ РЕДУЦИРОВАНИЯ

УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛОТНОЙ СТРУКТУРЫ

Структура литого металла характеризуется грубым дендритным строением, наличием внутренних несплошностей в виде пузырей, пор, трещин и т. д. При дефор­ мации в условиях прокатки, ковки разрушается первич­ ная структура, происходят сложные процессы разрых­ ления и уплотнения металла, заваривания несплошностей. Все это приводит к повышению качества металла. В результате самой деформации в первую очередь стано­ вятся тоньше дефектные слои металла, сближаются внут­ ренние поверхности дефектов и затем дефекты заварива­ ются в тем большей степени, чем больше последующая степень деформации. Помимо простого геометрического

157

утонения дефектных слоев, в результате деформации под влиянием действующих в объеме металла сжимающих напряжений в локальные объемы внутренних дефектов — несплошностей затекает металл, поскольку изнутри этих дефектов ему не оказывается сопротивления [38]. С уче­ том сказанного суммарное закрытие внутренних полых дефектов — неплотностей — в общем виде должно оцени­ ваться в виде суммы1

(8. 1)

Го г0

где г0— размер дефекта — несплошности в направле­ нии действия деформации сжатия;

Дг„ — доля уменьшения размера дефекта г0 вслед­ ствие утонения слоя, в котором расположен дефект;

Аг0— доля уменьшения размера дефекта г0 в ре­

зультате затекания металла в полость де­ фекта.

Если толщина слоя, в котором расположен дефект — несплошность, соразмерна самой величине дефекта, то практически величина Аг„/г0 будет равна степени дефор­ мации слоя мсл, т. е.

где исл— относительная деформация слоя, в котором расположен дефект — несплошность;

ги— высота дефекта после деформации. Имея в виду (8.2), получаем

(8.3)

Оценить эффективность процесса деформации и его условий с точки зрения уплотнения металла можно сле­ дующей зависимостью:

где ws — суммарное обжатие полосы.

1 См. сноску на с. 34

158

Когда отсутствуют сжимающие напряжения и металл в полость дефекта не затекает, Ага/г0 = 0. В этом слу­

чае степень уплотнения будет определяться только вели­ чиной ысл и полное уплотнение дефекта сможет прои­ зойти при М с л = Ю 0 % , что возможно при очень высокой неравномерности деформации только в некоторых сло­ ях металла. По всему сечению достигнуть 100% уплот­ нения металла можно, когда их = 1, а это нереально. Для

наиболее полного уплотнения металла при сравнительно малых обжатиях, очевидно, требуется, чтобы величина Аго/г0 была больше нуля. Это всегда будет происходить,

когда в локальных объемах, в которых расположены де­ фекты-пустоты, действуют напряжения сжатия, благода­ ря которым составляющая относительной деформации дефектов растет. Это в свою очередь означает, что уве­ личение показателя интенсивности уплотнения kr сверх его значений, соответствующих условию

должно характеризовать возрастающую роль процесса затекания металла в полость дефекта при их закрытии. Величина kr по (8.5) в пределе может стремиться к еди­ нице. Следовательно, во всех случаях, когда &г> 1 при их < 1 это указывает на наличие сжимающих напряже­

ний, вызывающих затекание металла в полость дефек­ тов. В свете сказанного рассмотрим условия уплотнения металла при редуцировании в глубоких калибрах.

УПЛОТНЕНИЕ ВНУТРЕННИХ НЕСПЛОШНОСТЕЙ

Исследование провели методом физического модели­ рования применительно к условиям редуцирования сля­ бов сечением 700X175 мм (Н/В = 4). Прокатывали об­ разцы из стали У7 при температуре 1100° С и из алю­ миния при температуре 250° С. Во всех образцах просверлили продольные каналы, которые имитировали внутренние несплошности. По ходу прокатки отбирали по­ перечные темплеты, по которым после шлифования и тра­ вления производили необходимые замеры. Часть углеро­ дистых образцов с отверстиями и алюминиевых, у кото­ рых каналы были залиты свинцом, прокатывали по тем же режимам, что и образцы, по которым определяли уп-

159