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

гичным. При практически достижимых значениях Н/Б, как методом моделирования, так и непосредственно в производственных условиях нарушение сплошности внут­ ри сечения не обнаруживали.

Несмотря на это, вопрос о возникающих при редуци­ ровании напряжениях, особенно напряжений растяже­ ния, остается весьма актуальным. Как известно, пока еще отсутствуют прямые способы определения напряже­ ний в металле, деформируемом в горячем состоянии. Поэтому характер напряженного состояния по сечению высоких узких полос определяли косвенным путем [19,

20, 66].

1. По рентгенограммам, аналогичным показанной на рис. 22, построили кривые нарастающих высотной, про­ дольной и поперечной деформаций; по этим кривым можно проследить характер измерения деформирован­ ного состояния в очаге деформации при редуцировании

(рис. 25).

Деформация, как видно, начинается до входа в вал­ ки примерно на расстоянии 1,01Л от плоскости входа в валки и заканчивается после выхода из валков на рас­ стоянии 0,2—0,3 /д от линии центров. Интенсивность де­ формации каждого элементарного слоя по длине факти­ ческого очага не остается постоянной. У каждого слоя имеются области наибольшей интенсивности деформа­ ции, причем для различных слоев расположение этих областей различно по длине очага деформации.

В средней части очага кривые нарастающей дефор­ мации приконтактных слоев имеют горизонтальный уча­ сток. По сравнению с другими наиболее равномерно де­ формируются осевые слои металла.

Построили также кривые и эпюры распределения скоростей продольного перемещения металла в различ­ ных точках очага деформации (рис. 26).

Скорость продольного перемещения металла в оча­ ге деформации определяли по равенству секундных объ­ емов, проходящих через любое вертикальное сечение:

vx fx = /о.

(2.9)

vx = v0y , IX

где v0, vx— скорости продольного перемещения до входа в очаг деформации и в данном се­ чении;

/о, fx— площади поперечного сечения элементар­ ного слоя до входа в очаг и в данном се­

чении;

г

%х — —---- нарастающая вытяжка элементарного слоя

f x

52

Как видно, перед входом в валки и непосредственно при входе максимальная скорость перемещения наблю­ дается у серединных слоев (7), минимальная у проме­ жуточных (2). После входа в очаг деформации скоро­ сти приконтактных слоев (1) начинают резко увеличи­ ваться.

Выравнивание скоростей наблюдается в криволиней­ ном сечении п—п.

Во второй половине очага максимальную скорость имеют промежуточные слои. Выравнивание скоростей продольного перемещения происходит за выходом из валков, на расстоянии примерно 0,2—0,3/д от линии центров.

Используя методику работы [66], определили напря­ жения по сечению полосы при редуцировании. Необхо­ димые по этой методике значения ускорений для всего сечения и каждого слоя в этом сечении определяли как тангенсы углов наклона касательных к кривым измене­ ния соответствующих скоростей.

Предположительная схема напряженного состояния в очаге деформации, согласно полученным данным представлена на рис. 26.

2. Превращение круглого отверстия в эллиптическое при прокатке происходит под воздействием сжимающих напряжений по высоте, растягивающих или сжимающих продольных напряжений и вытяжки всей полосы. Влия­ ние вытяжки можно исключить, разделив длину про­ дольной оси отверстия на вытяжку в данном проходе.

Величину суммарной деформации отверстия по гори­ зонтальной оси определяли по выражению

53

ловленную действием продольных и высотных напряже­ ний по проходам, подсчитывали по выражению

(d:)n

(dx)n- 1

Образцы для исследования готовили двумя способа­ ми. В одних отверстия диаметром 3 мм сверлили по вы­ соте сечения со стороны контактной поверхности и за­ тем заливали свинцом. (Сами образцы из алюминия прокатывали при комнатной температуре.) До и после прокатки образцы просвечивали на рентгеновской уста­ новке и получали с них рентгеновские снимки. Необхо­ димые замеры производили по этим снимкам, на кото­ рых отчетливо виден характер деформации как свинцо­ вого заполнения отверстий, так и самих отверстий. По соотношению деформации свинцового заполнения и самих отверстий (см. рис. 24) четко прослеживается изменение напряженного состояния металла по высоте сечения. В подконтактных слоях, где основной металл и свинцовое заполнение ведут себя как единое целое, напряженное состояние соответствует трехосному сжа­ тию (в силу защемления полосы в калибре напряжения в поперечном направлении в зоне защемления являются сжимающими). Центральные и промежуточные слои на­ ходятся под воздействием разноименной схемы напря­ женного состояния — высотного сжатия и продольного растяжения. В осевой зоне, где наблюдается наиболь­ ший отход металла у отверстий от их свинцового запол­ нения, металл испытывает наибольшие растягивающие напряжения. В образцах было сделано по 20 отверстий.

Полосы с Н/В= 9 прокатали с суммарным обжатием 43,5% за семь проходов. Так как с практической точки зрения наибольший интерес представляют условия, при которых наблюдаются наибольшие растягивающие на­ пряжения, которые, как и ожидалось, возникали в осе­

54

вой зоне, в дальнейшем они и будут рассмотрены в пер­ вую очередь. В первых проходах с суммарным обжатием до 10% при использовании рентгенограмм определить наличие растягивающих напряжений по принятой мето­ дике оказалось затруднительным из-за малости дефор­ маций, обусловленных этими напряжениями. Это оказа­ лось возможным, начиная со второго — третьего прохо­ дов, когда на рентгенограммах четко просматривается отход внутренних стенок отверстий от залитого в них свинца и общее их изменение. Величина этих изменений в осевой зоне по длине раскатов, полученных из исход­ ных полос с Н/В = 9 после двух проходов (третьего и седьмого), показана на рис. 27. Согласно примененной методике, по всей длине полос, за исключением их кон­ цов, действуют растягивающие напряжения. По абсо­ лютной величине эти растягивающие напряжения в третьем проходе получились более высокими, чем в седь­ мом, что соответствует физическим условиям процесса. На концах полос в пределах фибр 1—3 (передний ко­ нец) и 18—20 (задний по ходу прокатки конец) растя­ гивающие напряжения отсутствовали. На этих участках действуют напряжения сжатия. Для фибр 4— 17, кото­ рые, согласно их расположению по длине полос, дефор­ мировались в условиях установившегося процесса, опре­ делили средние значения величин деформации, действу­ ющих в осевой зоне при всех проходах (табл. 2).

Таблица 2

55

Номер сридр

Рис. 27. Распределение напряжений в осевой зоне по длине полосы после третьего (ц = 18,4%) и седьмого (ц=43,5%) проходов при редуцировании полосы с отношением сторон сечения Н1В—9;

Рис. 28. Деформация отверстий в горизонтальной плоскости в продоль­ ном направлении в зависимости от суммарного обжатия при редуциро­

HjB=9; Лд =0,5

56

Численное значение деформации, обусловленной растя­ гивающими напряжениями в осевой зоне в третьем про­ ходе, получилось равным 0,172. В седьмом проходе оно уменьшилось до 0,069, т. е. в 2,5 раза.

Отверстия, по поведению которых определяли нали­ чие растягивающих напряжений, сверлили также по­ перек образцов со стороны боковых граней. После про­ катки полосы прострагивали и по ним осуществляли не­ обходимые замеры. В натуре прокатывали в глубоких калибрах непрерывнолитые слябы сечением 820X150 мм и на гладкой бочке слитки сечением 410X410 мм из ста­ ли 20. Моделирование проводили в масштабе 1 :5. По­ лученные данные позволили определить по формуле (2.11) величины (и<г), характеризующие изменение раз­ меров отверстий в горизонтальной плоскости, обуслов­ ленные влиянием продольных напряжений по проходам. Это дало возможность установить зависимости, приве­ денные на рис. 28. Согласно этим зависимостям, в осе­

скольку все величины для этих зон получились положи­ тельными. На том же рис. 28 нанесена кривая, получен­ ная для случая прокатки полос с Н/В= 9, данные по которым приведены выше. По абсолютной величине зна­ чения для полос с Н/В= 9 получились более высокими, чем для полос с Н/В— 5,3, что правильно отражает дей­ ствительную картину процесса.

По мере увеличения степени редуцирования отноше­ ние Н/В уменьшается. Растягивающие напряжения, обусловленные высотной деформацией, должны при этом уменьшаться, что и подтверждается полученными кри­ выми. Здесь уместно отметить и следующее важное об­ стоятельство. При редуцировании в глубоких калибрах уже в первом проходе происходит почти полное их за­ полнение. В этих объемах, как уже отмечалось, схема напряженного состояния соответствует всестороннему сжатию, что принципиально отличает условия редуци­ рования от условий прокатки металла на гладкой бочке, где такие объемы металла отсутствуют.

По указанной причине для характеристики действи­ тельного значения Н/В при редуцировании необходимо определять «свободную» высоту прокатываемых полос, представляющую собой действительную ее величину за минусом глубины калибров, т. е. ha-a— h—2 /г3. Если при­

57

пять, что редуцирование осуществляется в калибрах, у которых 2/гр=0,25 Я, а их заполнение не превышает 0,9-2/ip, то при суммарном обжатии, например 40%, сво­

Н/В по свободной высоте можно определить отношение Н/В, соответствующее этой свободной высоте. В нашем случае оно будет равно hCB/B= 0,375-Н/В — 0,375-9= = 3,38. Для случая прокатки полос, у которых в исход­ ном состоянии Н/В равнялось 5,5, это отношение по сво­ бодной высоте составит 0,375-5,5 = 2,06.

При опытах, проведенных в промышленных услови­ ях, удалось получить данные, относящиеся только к од­ ному проходу (табл. 3). Оказалось, что в осевой зоне (Яд =0,5) слитков с Н/В= 1 и слябов с Н/В= Ъ,3 при

практически одинаковой вытяжке (7,s = l,7 3 и 1,60) де­ формация, обусловленная растягивающими напряжения­ ми, получилась одинаковой, соответственно 0,69 и 0,72, что указывает на то, что в обоих случаях действовали практически одинаковые напряжения. Примерно такое же положение наблюдалось и в зонах Я д = 0,4 и 0,3. Эти

данные имеют большое практическое значение. Они по­ казывают, что, несмотря на большое отношение сторон сечения слябов, подвергаемых редуцированию, в них не возникают чрезмерно высокие растягивающие напряже­ ния, как это можно было бы ожидать, опираясь на из­ вестный опыт прокатки слитков, у которых отношение Н/В близко к единице. В действительности возникаю­ щие в них растягивающие напряжения даже не превы­ шают напряжения, которые имеют место при обычной прокатке.

В табл. 3 приведены также данные, полученные при моделировании опытов, проведенных в натуре. Резуль­ таты получились весьма интересными. Сравнивая дан­ ные, полученные в натуре и модели, можно убедиться почти в полном их совпадении. Это доказывает возмож­ ность обосновано делать практические выводы по ре­ зультатам, полученным при моделировании.

Главным из этих выводов является следующий. При редуцировании высоких и узких полос в глубоких ящич­ ных калибрах создается такое напряженно-деформиро­ ванное состояние, даже в самом опасном месте сечения — осевой зоне, при котором внутренние разрывы — нару-

58

Таблица 3

Изменение деформации, обусловленной растягивающими напряжениями по высоте сечения при прокатке слябов и слитков при одинаковых вытяжках (установившийся процесс, сталь 20)

шение сплошности, обусловленные растягивающими на­ пряжениями, маловероятны. Во всяком случае это со­ стояние не менее, а более благоприятно, чем при прокат­ ке обычных слитков при Я/В, близком к единице, даже в первых обычно самых неблагоприятных в рассмотрен­ ном отношении случаях.

Производственный опыт, описываемый в следующих главах, полностью подтверждает сказанное. Во всех про­ мышленных опытах в металле после редуцирования внутреннего нарушения сплошности не обнаруживали.

К ТЕОРИИ ПРОЦЕССА РЕДУЦИРОВАНИЯ

Обжатия за проход при редуцировании могут дости­ гать 300 мм и более.

Отношение рабочего диаметра валков к высоте полос D/Я составляет примерно 0,4—0,6, когда получают об­ жатые слябы и 0,9— 1,3, когда из слябов прокатывают заготовку. Критерий /д//гс (/д— длина очага деформа­ ции; hc — средняя глубина калибра) для условий реду­ цирования в первых проходах характеризуется примерно следующими значениями: 0,05—0,2 в листовом про­ изводстве и 0,15—0,4 в сортовом производстве. Относи-

59