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

ре и к рельсам из слитков. Однако рельсы из слитков всегда будут лучше, чем из литых квадратов, по той про­ стой причине, что качество обжатых блюмов (квадра­ тов) выше качества литых квадратов. Качество рельсов из слитков может быть повышено, если слитки прока­ тывать не на блюмы, как обычно, а на слябы, и из них затем изготавливать рельсы. Все преимущества дефор­ мации рельсов из слябов_ о которых говорилось выше, проявят себя в полной мере и в этом случае.

ПЛОТНОСТЬ МЕТАЛЛА ЗАГОТОВКИ, ПРОКАТАННОЙ ИЗ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ

В свете изложенного выше большой интерес пред­ ставляют данные по определению физической плотности металла заготовок, полученных прокаткой из непрерыв­

темплетов. По средним данным построили кривые, пока­ занные на рис. 92. С увеличением суммарной степени ре­ дуцирования плотность металла непрерывно увеличива­ ется. Особенно важно при этом то, что увеличение плот­ ности характеризуется изменением второго знака ее размерности — это указывает на особо благоприятные условия уплотнения металла. Плотность осевой зоны начинает заметно возрастать при обжатиях свыше 30% и только при us =75% становится равной плотности остальных сечений. Высокая и, главное, равномерная плотность по всему сечению особенно важна при про-

181

изводстве цельнокатаных труб. По известным данным [39], плотность осевой и периферийных зон трубной за­ готовки определяет выход годных цельнокатаных труб по внутренним дефектам. При равномерной плотности по всему сечению даже в такой ответственной стали, как шарикоподшипниковая (ШХ15), брак по внутренним пленам практически отсутствует. Достаточно, однако, чтобы разница в плотности между осевой и периферий­ ной зонами составила. всего лишь 0,003—0,005, как со­ вершенно определенно выявляется брак по внутренним дефектам. Этот брак резко возрастает, когда разница

вплотности характеризуется величинами, отражающими

ееизменение во втором знаке.

Исключительный интерес представляют результаты определения плотности по сечению трубной заготовки крут 140 мм, полученный из слябов непрерывной раз­ ливки сечением 950X280 мм (табл. 12). Разница в плот-

Табяица 12

Изменение плотности по сечению трубной заготовки круг 140 мм углеродистой стали 20, прокатанной

из непрерывнолитых слябов 950X280 мм

ности металла в различных точках по сечению полосы изменяется в пределах от 0,000 до 0,0017, т. е. в ничтож­ ных пределах, указывающих на высокую и равномер­ ную плотность металла по сечению. Из трубной заго­ товки такой плотности получаются цельнокатаные тру­ бы высокого качества. При прокатке массовой партии труб было установлено, что брак по внутренним пленам снизился в 2,5—3,0 раза по сравнению с браком при

182

производстве тех же труб из заготовки круг 140 мм, про­ катываемой из обычных слитков. Исследование уплот­ нения металла при редуцировании и проведенные натур­ ные эксперименты позволяют сделать следующие важ­ ные для практики выводы.

1. При прокатке листов из непрерывнолитых слябов всех марок стали и особенно кипящей стали для того, чтобы кромки у листов были бездефектными, а в про­ цессе прокатки на них не образовывались рванины, что нередко имеет место на практике, необходимо литые слябы всех исходных сечений подвергать редуцирова­ нию с обжатием не менее 15%, которое может быть до­ стигнуто за 1—2 первых редуцирующих прохода. Из этого технологического требования следует, что исход­ ные непрерывнолитые слябы должны иметь ширину, ко­ торая не менее чем на 15% больше самых широких ли­ стов, которые из них будут получаться. Это означает, например, что для листов шириной 1900 мм ширина ис­ ходных непрерывнолитых слябов должна быть не мень­ ше 1900 -1,15 = 2200 мм.

2. В тех случаях, когда к готовой продукции предъ­ являются высокие требования по плотности осевой зо­ ны металла, например, для трубной заготовки при про­ изводстве цельнокатаных труб, где выход годных труб без внутренних дефектов находится в прямой связи с плотностью заготовки, целесообразно применять непре­ рывнолитые слябы для получения из них трубной заго­ товки всех необходимых сечений и размеров путем ре­ дуцирования. Так как в самых неблагоприятных условиях полное уплотнение металла в осевой зоне проис­ ходит при суммарной степени редуцирования порядка 70%, суммарная степень редуцирования не должна быть меньше этой величины. В целях же получения особо вы­ соких показателей степень редуцирования, в частности при получении трубной заготовки, желательно иметь еще более высокой (75—80%)- В этом случае будет иметь место не только уплотнение возможных внутрен­ них несплошностей, но и их полная заварка.

Сказанное означает, что трубная заготовка диамет­ ром, например 250 мм, должна получаться из непрерыв­ нолитых слябов высотой не менее 1000 мм.

3. При производстве железнодорожных рельсов к ка­ честву их отдельных частей предъявляются весьма вы­ сокие требования. Например, головка и подошва рельсов

183

должны получаться особо плотными, бездефектными. Имея в виду весьма благоприятные условия, которые создаются при редуцировании высоких полос в глубо­ ких калибрах, обеспечивающие максимально возможное уплотнение объемов металла, деформируемых внутри калибров, безусловно целесообразным является получе­ ние рельсов из непрерывнолитых или обжатых слябов путем их редуцирования и дальнейшей прокатки таким образом, чтобы головка и подошва рельсов нолуч.алась из этих высокодеформируемых объемов слябов.

4. Бесспорные факты уплотнения осевых объемов металла при редуцировании, начиная с первых прохо­ дов, при самых малых степенях обжатия и то обстоя­ тельство, что уплотнение металла в серединных слоях в значительной степени происходит в результате затека­

ряжений, показывают, что условия деформации при реду­ цировании в целом благоприятны для получения высо­ кокачественной готовой продукции; при этом полностью исключается возможность нарушения сплошности метал­ ла в каком-либо месте.

Г л а в а 9

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

УСЛОВИЯ ВЫКАТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ ПРОКАТКЕ

Выкатку дефектов можно оценить зависимостью [10]

По физическому смыслу степень выкатки дефектов равнозначна степени деформации слоя, ограниченного контактной поверхностью и плоскостью, проходящей че­ рез внутренний конец дефекта. Иными словами,

184

В свою очередь, степень деформации слоя исл нахо­ дится в следующей связи с деформацией полосы в це­ лом :

где ks— показатель,учитывающий интенсивность вы­ катки дефектов, которую можно определить по выражению

S*

„ (9.6)

uz

Уравнение (9.6) показывает, что конечная глубина дефектов тем меньше, чем меньше их исходная глубина 50 и больше суммарное относительное обжатие ы2, 'а

также коэффициент ks. Коэффициент ks может быть ра­ вен 1 только при полной равномерности деформации по высоте сечения. В этом случае полная выкатка дефектов невозможна. При каждом данном us выкатка дефектов

тем больше, чем выше степень деформации приконтактного слоя, в котором расположен дефект, относительно общей деформации, т. е. чем выше ее неравномерность по сечению. В этом случае причем чем больше 1 будет ks, тем меньше будет глубина оставшихся де­ фектов. Все сказанное справедливо, когда дефекты находятся в контакте с поверхностью валков и сонаправлены действию сжимающих сил. При расположении

185

дефектов под углом к этой поверхности или на боковых сторонах полос выкатка дефектов резко ухудшается вплоть до полного прекращения — глубина дефектов до и после прокатки может остаться неизменной. Для того чтобы получить готовую продукцию с бездефектной по­ верхностью, необходимо:

1)всемерно увеличивать суммарную деформацию от исходного до готового профиля;

2)создавать условия высокой неравномерности де­

формации, при которой обжатие приконтактного слоя, где скрыт дефект, превосходит обжатие полосы в целом;

3)добиваться уменьшения глубины возможных де­ фектов в первую очередь в исходных слитках;

4)во всех случаях, когда выкатка дефектов при де­ формации полностью не обеспечивается, имеющиеся де­ фекты удалять с поверхности до окончательной прокат­ ки готовой продукции; зачистке должен подвергаться полупродукт — обжатые слябы и обжатая заготовка; только в крайнем случае можно зачищать литые слитки.

ЗАВИСИМОСТЬ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ПРОКАТА ОТ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ИСХОДНЫХ СЛИТКОВ

При переходе па непрерывную разливку изменяется форма и размеры исходных слитков, поэтому необходи­ мо определить влияние этих изменений на качество по­ верхности как и самих непрерывнолитых слитков, так и прокатной продукции, получаемой из них. Сравнитель­ ное исследование влияния формы и размеров исходных слитков провели применительно к условиям производст­ ва железнодорожных рельсов [40].

К качеству поверхности рельсов в связи с тяжелыми условиями их эксплуатации предъявляют особо высокие требования. Несмотря на то, что возможности зачистки готовых рельсов сведены к минимуму требованиям ГОСТа, зачистка исходной рельсовой заготовки, как правило, не производится. Именно поэтому технология прокатки рельсов должна быть весьма эффективной с точки зрения проработки поверхностных слоев металла

ивыкатки в нем поверхностных дефектов. Кроме того,

икачество исходных слитков и заготовок, из которых прокатываются рельсы, должно быть на высоком уров­ не. В настоящее время возможны три способа производ­ ства рельсов: из обычных слитков по принятой в настоя­

186

щее время технологии и по двум вариантам технологии

/(785X640) мм в натуре], блюмов 280X320 мм и слябов 175X700 мм. От раскатов на достаточном удалении от кондов, в зонах установившегося процесса, отбирали по­ перечные темплеты, на которых после травления в рас­ творе NaOH (модели из алюминия) определяли глубину дефектов (рис. 93). На основании результатов замеров рассчитали показатель интенсивности выкатки дефектов ks по уравнению (9.6) для дефектов различной глубины, расположенных на различных участках поверхности прокатываемых полос.

Во всех исследованных случаях максимальное обжа­ тие испытывали приконтактные слои. По мере отдале­ ния от контакта обжатие слоев уменьшалось. В связи с этим по мере уменьшения начальной глубины дефек­ тов интенсивность их выкатки, как правило, возрастала. Исключение составляли центральные по ширине участ­ ки контакта при прокатке слябов на ребро в глубоком

возрастает к кромкам полосы. На выкатку дефектов при прокатке в калибрах существенное влияние оказывает степень защемления полосы. С увеличением защемления затрудняется высотная деформация приконтактных сло­ ев и интенсивность выкатки падает.

Изменение глубины дефектов на боковых гранях за­ висит от поперечной деформации, а поскольку послед­ няя обычно значительно меньше высотной, то изменение глубины дефектов настолько невелико, что им можно пренебречь. Только в тех случаях, когда дефекты распо­ лагаются на участках боковых граней, которые при про­ катке соприкасаются со стенками калибров, несмотря на отсутствие видимого бокового обжатия (ширина по­ лосы до и после пропуска одинакова), глубина дефекта в процессе прокатки уменьшается. Это объясняется на-

187

личием уширения приконтактных слоев перед входом в валки и последующим боковым обжатием их при про­ хождении через очаг деформации. Эта особенность ха­ рактерна и для тавровых, и для рельсовых калибров. При прокатке в рельсовых калибрах наиболее интенсив­ но выкатываются дефекты, попадающие под разрезаю­ щие гребни калибров (шейка и подошва). Первоначаль­ но перпендикулярные к поверхности дефекты не меняют своей ориентации при прокатке на гладкой бочке и в ящичных калибрах, если они располагаются в централь­ ной части граней. В других частях профиля такие «тре­ щины» в процессе прокатки наклоняются к поверхности полосы и при достаточно большой величине суммарной деформации возможен переход первоначально перпен­ дикулярных к поверхности трещин в плены.

По полученным данным рассчитали глубину допусти­

щей прямоугольной форме поперечного сечения рельсо­ вого 10-т слитка (с отношением сторон до 1,2) в самых неблагоприятных условиях находятся наиболее ответ­ ственные элементы профиля рельсов — их головка и по­ дошва. Здесь глубина выкатываемых дефектов не превы­ шает 8,2 и 11 мм соответственно. При прокатке рельсов из литых слябов 175X700 мм возможно получение более качественной поверхности головки и подошвы, чем при прокатке из рельсовых слитков массой 10 т, несмотря на меньшее обжатие по высоте рельса. Допустимая глубина дефектов на узкой грани сляба, образующей головку, достигает 9 мм, а на противоположной, со стороны подо­ швы 13,5 мм. К качеству поверхности широких граней слябов 175X700 мм, из которых образуются боковые по-

◄

Рис. 93. Поперечные темплеты с искусственными поверхностными дефектами (моделирование прокатки рельсов Р-50, алюминий, *=250° С):

189

верхности рельсового профиля, должны предъявляться более высокие требования — глубина допустимых де­ фектов на широких гранях слябов не должна превышать 3,6 мм. Наиболее нерациональной с точки зрения каче-

Рис. 94. Допустимая глубина (на рисунке залито черным) поверхностных дефектов по периметру сечения исходно­ го слитка 875X770 дом (/), литого сляба 700X150 мм (//), литого (обжатого) блюма 280X320 мм {III) и промежу­ точной полосы 140X330 мм (IV)

ства поверхности головки и подошвы является технология производства рельсов из литых блюмов сечением 280X320 мм, равновеликих применяемым обжатым блю­ мам, получаемым из рельсового слитка. Глубина полно­ стью выкатываемых дефектов на гранях блюмов, обра­ зующих головку и подошву, составляет всего лишь 3,0—4,5 мм, т. е. она в два — три раза меньше глубины

190