научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕКСТУРООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ И ОТЖИГЕ В СПЛАВЕ 8011 Физика

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕКСТУРООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ И ОТЖИГЕ В СПЛАВЕ 8011»

^ ПРОЧНОСТЬ ^^^^^^^^^^^^^^

И ПЛАСТИЧНОСТЬ

УДК 669.715.548.73

ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕКСТУРООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ И ОТЖИГЕ В СПЛАВЕ 8011

© 2015 г. Е. В. Арышенский*, В. Н. Серебряный**, М. С. Тептерев***, А. Ф. Гречникова***

*СГАУ имени академика С.П. Королева (НИУ), 443086 Самара, Московское шоссе, 34 **Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, 119991 Москва, Ленинский проспект, 49 ***ЗАО "Алкоа СМЗ", 443051 Самара, ул. Алма-Атинская, 29, корп. 33/34 e-mail: ar-evgenii@yandex.ru Поступила в редакцию 18.08.2014 г.; в окончательном варианте — 04.03.2015 г.

Работа посвящена изучению эволюции текстуры при холодной прокатке и промежуточном отжиге в алюминиевом сплаве 8011. С помощью рентгеноструктурного анализа определенны основные текстурные компоненты горячекатаной заготовки. Изучена их эволюция при последующей холодной прокатке и промежуточном отжиге. Оценено влияние текстурных компонент на размеры и расположение фестонов на каждом этапе производства холоднокатаной ленты.

Ключевые слова: горячая прокатка, текстура, гофрообразование, холодная прокатка, фестоны, структурообразование, пластичность, промежуточный отжиг, рентгеноструктурный анализ.

DOI: 10.7868/S001532301509003X

ВВЕДЕНИЕ

Плоский алюминиевый прокат играет важную роль во многих отраслях современной индустрии, от самолетостроения до изготовления оконных профилей. Особенно широко алюминиевая лента используется при производстве различных пищевых контейнеров. Например, для изготовления укупорочных колпачков используется холоднокатаная лента из сплава 8011 (А1—0.8% Бе). Сплав имеет большое количество достоинств, например приемлемую пластичность даже при высокой степени нагартовки. Однако в холоднокатаном состоянии обладает высоким уровнем анизотропии свойств, что значительно снижает эффективность его использования. Анизотропия приводит к таким негативным явлениям как фестонообра-зование, которое выражается через специальный показатель, рассчитываемый в процентах как отношение разности среднего значения высоты всех выступов (Н) и среднего значения высоты впадин (И) к средней высоте всех выступов и всех впадин (рис. 1), а также снижает стабильность процесса штамповки

Как известно, основной причиной возникновения анизотропии в холоднокатаных лентах является наличие в ней кристаллографической текстуры [1]. Поэтому, управляя образованием текстуры и комбинируя между собой различные ее компоненты, можно значительно снизить анизотропию свойств. Классическим подходом для алюминиевых лент является наложение текстуры

куба, дающего фестоны под 0°/180°, на текстуру деформации, способствующую росту фестонов под 45° [2, 3]. Однако для того чтобы иметь возможность рационально управлять формированием текстуры в процессе производства листов и лент, необходимо знать основные закономерности ее эволюции при прокатке и термообработке. Следует учитывать, что эти закономерности индивидуальны для каждого алюминиевого сплава и могут существенно отличаться друг от друга [4, 5].

Прежде чем перейти к обзору существующих сведений об эволюции текстуры при производстве лент из 8011, кратко опишем процесс его производства. Стандартный маршрут включает прокатку сначала в реверсивной клети, а затем непрерывной группе горячего стана, последующий

Рис. 1. Фестонистость.

Таблица 1. Основные параметры дополнительных маршрутов

Номер маршрута Толщина горячекатаной заготовки, мм Толщина после первого этапа холодной прокатки, мм Температура и продолжительность отжига Окончательная толщина, мм

1 6.5 0.8 320°С, 60 мин 0.22

2 6.5 0.65 320°С, 60 мин 0.22

3 6.5 0.55 320°С, 60 мин 0.22

Таблица 2. Виды исследований после основных этапов производства

Основные этапы производства

Номер маршрута Горячекатаная заготовка Первый этап холодной прокатки Промежуточный отжиг Окончательная прокатка

1 Рентгеноструктурный текстурный анализ Тест на фестонообразо-вание Тест на фестонообразо-вание Тест на фестонообразо-вание

2 Рентгеноструктурный текстурный анализ Тест на фестонообразо-вание Рентгеноструктурный текстурный анализ Тест на фестонообразо-вание Рентгеноструктурный текстурный анализ Тест на фестонообразо-вание Рентгеноструктурный текстурный анализ

3 Рентгеноструктурный текстурный анализ Тест на фестонообразо-вание Тест на фестонообразо-вание Тест на фестонообразо-вание

самоотжиг в рулоне и холодную прокатку до окончательной толщины. В целом, это стандартный подход, использующийся при производстве лент для пищевых контейнеров. Однако процесс производства ленты из 8011 имеет свои особенности. Обычно при получении тонких лент производители идут по пути снижения толщины горячекатаной заготовки, чтобы избежать повышающих издержек производства промежуточных отжигов при холодной прокатке. Однако для сплава 8011 данный путь неприемлем по двум причинам. Первая из них — высокая теплопроводность, из-за которой в ходе горячей прокатки происходит быстрое остывание полосы. Это делает сложным поддержание температуры выше порога рекристаллизации в заготовках с толщиной меньше 3.0 мм. Вторая причина состоит в том, что при холодной прокатке без промежуточных отжигов лента интенсивно упрочняется, в результате чего резко падают пластические свойства, и дальнейшая ее штамповка становится невозможной. Поэтому промежуточный отжиг становится необходимой операцией при производстве тонких лент из сплава 8011.

На сегодняшний день сведения о формировании текстуры при производстве лент из 8011 крайне скудны и, по сути, изучались лишь в работе [6], посвященной отжигу холоднокатаного листа. Однако данное исследование касается в основном вопросов влияния отжига на предельное формообразование, текстуре же как таковой не уделено много внимания. Отмечено лишь, что по мере повышения температуры растет доля ориентировок, близких к кубическим, при этом снижается объем текстур деформации. В то же время ни

в данной работе, ни в других источниках нет информации о текстуре, характерной для горячекатаного образца, а также о ее дальнейшей эволюции при холодной прокатке.

Цель данного исследования — выявление основных текстурных компонент в горячекатаной заготовке из сплава 8011 и изучение их эволюции при холодной прокатке и промежуточном отжиге, а также оценка их влияния на фестонообразование.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Горячекатаную заготовку толщиной 6.5 мм получали промышленным способом — рулонной прокаткой на стане "Тандем 2800" Самарского металлургического завода.

После полного остывания горячекатаной заготовки из нее были вырезаны образцы размером 180 х 300 мм. Толщина образцов полностью соответствовала толщине горячекатаной заготовки. Все образцы затем подвергались холодной прокатке на лабораторном стане СГАУ — модель К220-75/300, диаметр рабочих валков 75 мм, длина бочка валка 300 мм, скорость прокатки 0—24 м/мин, максимальное усилие прокатки до 560 кН, (с промежуточным отжигом) по трем различным технологическим маршрутам (см. табл. 1).

После каждого этапа часть образцов отправлялась на исследования (см. таблицу 2). При этом для исключения влияния текстур трения [7, 8] рентгеноструктурный анализ горячекатаной заготовки проводился только для серединных плоскостей.

Рис. 2. Стаканчик с недоштампованным фланцем.

Текстура в виде четырех неполных полюсных фигур {111}, {200}, {220} и {311} была исследована методом "на отражение" с использованием рентгеновского дифрактометра ДРОН-7 в CoZa-из-лучении. Плоскость съемки полюсных фигур была параллельна плоскости прокатки. Исследовали центральные по толщине листа слои. Были использованы диапазоны углов наклона a = 0°—70° и поворота в = 0°—360° с шагом 5°. Снижение интенсивности на периферийной части полюсной фигуры вследствие эффекта дефокусировки корректировали с помощью поправочных коэффициентов, рассчитанных исходя из условий рентгенографической съемки полюсных фигур [9]. Функцию распределения ориентировок (ФРО) рассчитывали по измеряемым полюсным фигурам, представляя в виде суперпозиции большого числа (2000) стандартных распределений с одинаковым слабым рассеянием.

Для удобства работы с ФРО трехмерную функцию приближенно можно представить в виде суммы нескольких стандартных функций (текстурных компонент, идеальных ориентировок с рассеянием)

N

f(g) = Ywwfsg g"s')' (1)

i=1

где N — количество стандартных функций, Щ — объемная доля i-й функции, gi — положение ее центра, Si — параметр рассеяния.

Набор этих текстурных компонент выбирали из анализа сечений ФРО, рассчитанной из экспериментальных полюсных фигур. Вновь созданный файл ориентировок, включающий три Эйлеровых угла и предварительные параметры Щ и s;, обрабатывался по программе Texxor [10]. Величина рассеяния s(- ориентировок модельной ФРО подбиралась для каждой ориентировки отдельно в соответствии с областью ее рассеяния на экспериментальной

ФРО. Критерием адекватности выбора ориентировок был выбран минимум среднеквадратичного отклонения между восстановленной по полюсным фигурам ФРО и ФРО, представленной суммой отдельных ориентировок.

Следует отметить, что о наличии тех или иных текстурных компонент можно косвенно судить по расположению и размеру фестонов. Зная основные текстурные компоненты в холоднокатаной ленте, полученной по маршруту № 2, и сравнивая изменения размеров фестонов для разных маршрутов, можно оценить влияние обжатия на основные текстурные составляющие.

Для того чтобы иметь возможность анализировать размер и расположение фестонов, из ленты вырезались круглые заготовки диаметром 40 мм (одинаковым для всех маршрутов и этапов), из которых на испытательном прессе (Ейс88еп 224/11) вытягивались стаканчики высотой 12 мм. При этом вытяжку стаканчика проводили не полностью, оставляя недоштампованной часть фланца (рис. 2). Полученные стаканчики помещались в сканер, изображение с которого передавалось на компьютер и с помощью программы IВED (измерение фестонистости на основе изображения) создавалось цифровое изображение чашки, замерялся контур фланца и строилась развертка. В соответствии с требованиями, предъявляемыми программой IВED, измерения проводились для

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком