НАУКА•ТЕХНИКА•ПРОИЗВОДСТВО 75
УДК 621.771.23
РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ АСИММЕТРИЧНОЙ ТОЛСТОЛИСТОВОЙ ПРОКАТКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ МИНИМИЗАЦИИ ДЕФЕКТА ПОДГИБКИ КОНЦОВ ЛИСТА
© Салганик Виктор Матвеевич1, д-р техн. наук; Чикишев Денис Николаевич1*, канд. техн. наук; Пустовойтов Денис Олегович1, канд. техн. наук; Денисов Сергей Владимирович2, д-р техн. наук; Стеканов Павел Александрович2
1 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова». Россия, г. Магнитогорск. *E-mail: chikishev_denis@mail.ru
2ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Россия, г. Магнитогорск Статья поступила 15.05.2013 г.
Установлено, что при прокатке с рассогласованием скоростей рабочих валков направление изгиба переднего конца полосы определяется толщиной и температурой полосы, фактором формы очага деформации и величиной рассогласования скоростей. Определено, что при чистовой прокатке полос толщиной 20-40 мм необходимо учитывать совместное влияние трех факторов асимметрии -геометрического, температурного и кинематического. Разработаны новые асимметричные режимы деформирования при прокатке с рассогласованием скоростей рабочих валков с учетом влияния фактора формы очага деформации на направление изгиба переднего конца полосы. Новые технологические режимы сократили простои стана и снизили объем бракованной продукции.
Ключевые слова: толстолистовая прокатка; технологический режим; фактор асимметрии; низколегированная сталь; подгибка конца листа; рассогласование скоростей; фактор формы; нейтральная точка.
При контролируемой прокатке на толстолистовых станах происходит вертикальный изгиб переднего конца полосы, так называемый 81а-эффект («лыжа») [1]. Повышенный вертикальный изгиб переднего конца приводит к «забуриванию» полосы в роликах машины предварительной правки и, следовательно, остановкам стана и нарушению температурного режима. Наиболее часто 81а-эффект возникает в последних проходах чистовой стадии контролируемой прокатки в интервале температур 800-900 °С и при толщине 20-40 мм. Основными причинами вертикального изгиба переднего конца полосы при толстолистовой горячей прокатке являются: температурная асимметрия по высоте очага деформации; неравенство скоростей рабочих валков; неравенство диаметров рабочих валков; фрикционная асимметрия (неравенство условий трения на контакте с верхним и нижним рабочим валком); геометрический фактор (несоответствие уровня рольганга и линии прокатки). В совокупности указанные факторы оказывают негативное воздействие на качество выпускаемой продукции и стабильность процесса прокатки. В связи с этим важными и актуальными являются исследования, направленные
на поиск рычагов управления производственным процессом толстолистовой прокатки и качеством выпускаемой продукции по геометрии.
Вертикальный изгиб переднего конца полосы при толстолистовой прокатке может быть направлен как вверх, так и вниз (рис. 1). Направление изгиба зависит от факторов асимметрии. Вертикальный изгиб переднего конца полосы характеризуется радиусом кривизны Я и кривизной р. Положительное значение кривизны р означает изгиб вверх, отрицательное - изгиб вниз.
Радиус изгиба листа и его кривизна определяются по формулам:
Я = (4С2 + ¿2)/8С; р = 1/Я. (1)
Выполненные расчеты по определению напряженно-деформированного состояния металла при
Рис. 1. Изгиб переднего конца полосы вверх (дефект «лыжа»)
76
НАУКА • ТЕХНИКА • ПРОИЗВОДСТВО
прокатке с учетом решения температурной задачи показали, что при толстолистовой прокатке на стане 5000 ОАО ММК в последних трех-четырех чистовых проходах на переднем и заднем участках раската длиной 500-1500 мм формируется температурный градиент по толщине до 40 °С, что приводит к вертикальному изгибу концов полосы на величину до 150 мм и более [2]. Кроме того, существенное влияние на образование дефекта подгибки концов полосы оказывает несоответствие уровня рольганга и линии прокатки [3].
Задача проведенного исследования - разработка режимов асимметричной толстолистовой прокатки низколегированных сталей с целью минимизации дефекта подгибки концов листа в условиях толстолистового стана 5000 ОАО «ММК».
Одним из наиболее эффективных способов управления формой переднего конца полосы при прокатке является применение рассогласования скоростей рабочих валков. Основной проблемой при этом является выбор уровня рассогласования, поскольку направление и кривизна изгиба зависят от многих параметров процесса [4].
При прокатке с рассогласованием скоростей рабочих валков существует так называемая нейтральная точка, относительно которой определяется направление вертикального изгиба полосы [5]. На основе моделирования методом конечных элементов в программном комплексе DEFORM установлено положение этой точки в зависимости от параметров процесса (рис. 2). Положение нейтральной точки может быть выражено через фактор формы очага деформации /¿/Яср (ld - длина очага деформации; Нср - средняя толщина полосы) [6]. Численное моделирование проводили для следующих условий: диаметр рабочих валков 1150 мм; показатель трения m = 0,9 (закон трения Зибеля); угловая скорость верхнего валка 2,5 рад/с;
1,5 1,0
S
0,5
СР
Ü 0,0 м
I -0,5 -1,0 -1,5
Расчетные параметры для определения положения нейтральной точки по фактору формы очага деформации
Изгиб вверх
Нейтральная точка
0,0 0,4 0,8 1,2 2,4 2,
Изгиб вниз
— Ди = 0,5%
■ — Ди = 2,0%
Ди = 5,0%
Фактор формы lJH!:
Толщина полосы на входе в очаг деформации h, мм Рассогласование скоростей Ди, % Параметр формы очага деформации /¿/Нср при температуре полосы, °С
800 900 1000
16-32 0,5 1,9 2,0 2,05
32-50 0,5 2,0 - -
16-32 2,0 1,7 1,9 1,95
32-50 2,0 1,7 2,2 2,30
16-32 5,0 1,6 1,8 2,05
32-50 5,0 1,6 1,8 2,05
Рис. 2. Взаимосвязь кривизны и направления изгиба
с фактором формы очага деформации и уровнем рассогласования скоростей рабочих валков (толщина полосы 28 мм; температура 800 °С; диаметр валков 1200 мм, нижний валок вращается быстрее верхнего)
толщина полосы 8,0-50,0 мм; степень деформации 5,0-40,0%; уровень рассогласования скоростей рабочих валков 0,5-5,0%; температура полосы 8001000 °С. Принятые допущения: деформация - плоская, деформируемая среда - вязкопластическая, рабочие валки - абсолютно жесткие.
Результаты математического анализа показали, что для изгиба переднего конца полосы в направлении валка, вращающегося с большей скоростью, параметр формы очага деформации должен быть больше указанного в таблице для заданных параметров процесса. Например, если при прокатке полосы толщиной 28 мм при 800 °С с рассогласованием скоростей рабочих валков Ди = 0,5% (нижний валок вращается быстрее верхнего) относительное обжатие составляет 10% (т.е. отношение ¡¿/Иф = 1,5), то изгиб происходит по направлению вверх - в сторону валка, вращающегося с меньшей скоростью. А если при прочих равных условиях относительное обжатие составляет 15% (т.е. отношение ¡¿/Иср = 1,9), то изгиб происходит вниз - в сторону валка, вращающегося с большей скоростью.
С учетом влияния фактора формы очага деформации на направление изгиба переднего конца полосы при прокатке с рассогласованием скоростей рабочих валков разработаны новые асимметричные режимы деформирования (рис. 3).
Разработанные технологические режимы асимметричной прокатки позволили сократить простои стана из-за подгибки концов раската и снизить объем металла, переводимого в брак и продукцию, не соответствующую по причине нарушения температурных режимов деформационно-термической обработки толстых листов.
Выводы. 1. На основе математического моделирования методом конечных элементов установлено, что при прокатке с рассогласованием скоростей рабочих валков направление изгиба
НАУКА • ТЕХНИКА • ПРОИЗВОДСТВО 77
< «
Действующий режим Предлагаемый режим
0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 4,2 Фактор формы lJHc
Действующий режим Предлагаемый режим
0,0 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 Фактор формы 1Л/Нр
Рис. 3. Режим рассогласования скоростей рабочих валков при 800 ^ (а) и при 900 ^ (б)
переднего конца полосы определяется толщиной и температурой полосы, фактором формы очага деформации и величиной рассогласования скоростей. Установлено, что при прокатке полос толщиной менее 32 мм с рассогласованием скоростей рабочих валков изгиб передних концов происходит в направлении валка, вращающегося с большей скоростью.
2. Установлено, что при чистовой прокатке полос толщиной 20-40 мм необходимо учитывать совместное влияние трех факторов асимметрии - геометрического (несоответствие уровня рольганга и линии прокатки),
температурного и кинематического (рассогласование скоростей рабочих валков).
3. Разработаны новые асимметричные режимы деформирования при прокатке с рассогласованием скоростей рабочих валков с учетом влияния фактора формы очага деформации на направление изгиба переднего конца полосы. Разработанные технологические режимы асимметричной прокатки позволили сократить простои стана из-за подгибки концов раската и снизить объем металла, переводимого в брак и продукцию, не соответствующую по причине нарушения температурных режимов деформационно-термической обработки толстых листов при контролируемой прокатке.
Библиографический список
1. Philipp M., Schwenzfeier W., Fischer F.D., Wödlinger R., Fischer C. Front end bending in plate rolling influenced by circumferential speed mismatch and geometry // J. of Materials Proc. Technology. 2007. Vol. 184. P. 224-232.
2. Салганик В.М., Песин А.М., Чикишев Д.Н. и др. Разработка эффективной схемы черновой прокатки низколегированных сталей // Сталь. 2008. № 9. С. 50-52.
3. Песин А.М., Салганик В.М., Чикишев Д.Н. Совершенствование технологии производства деталей крупногабаритных тел вращения на основе математического моделирования // Производство проката. 2007. № 3. С. 34-40.
4. Пат. 2336965 РФ, МПК ß21D5/14. Способ получения цилиндрических обечаек из металлического листа / Песин А.М., Сан-кин Ю.В., Чикишев Д.Н. и др.; заявл. 27.07.2006, опубл. 27.10.2008.
5. Чикишев Д.Н. Совершенствование технологии производства деталей крупногабаритных тел вращения на основе математиче
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.