капланова

41

торцевые – на гильотинных. После резки листы могут подвергаться дополнительной правке.

Затем листы подвергают травлению или обработке в моечносушильной машине для удаления остатков разделительного слоя.

После травления осматривают листы, зачищают дефекты, обрезают листы в соответствии с заказом и упаковывают.

Совместная горячая прокатка применяется также для получения простых и фасонных биметаллических профилей, а также труб.

Например, технологический процесс производства биметаллической катанки диаметром 9,5 мм в сочетании сталь + медь (латунь) предполагает: получение круглого биметаллического слитка путем заливки стального сердечника диаметром 70-95 мм, помещенного в изложницу диаметром и высотой 120 и 850 мм соответственно, жидкой медью или латунью; нагрев биметаллических слитков под прокатку до 960-980 0С с оболочкой из меди и до 870-900 0С с оболочкой из латуни; душирование нагретых до необходимой температуры слитков непосредственно перед прокаткой для выравнивания сопротивления деформации металлов оболочки и сердечника; прокатку слитков на катанку сначала в обжимной трехвалковой клети 450 в 9-11 проходов, а затем в чистовой линии, состоящей из семи клетей двухвалкового стана 320. Причем важно отметить, что при построении калибровки валков указанной чистовой линии необходимо руководствоваться следующими практическими рекомендациями: форма калибра должна обеспечивать максимальный охват контура раската и стеснение уширения, после каждого пропуска необходима кантовка раската на 900 и плавное формоизменение, характерное для системы круг-овал-круг с минимальным количеством квадратных калибров (смотрите рисунок 5.6).

Технология прокатки фасонных биметаллических профилей практически не отличается от технологии прокатки аналогичных однослойных профилей. Во избежание неправильной задачи в валки в процессе нагрева под прокатку необходимо обеспечивать определенное положение заготовки. При прокатке фасонных профилей необходимо настраивать арматуру и выбирать соотношение диаметров верхнего и нижнего валков с учетом возможности прогиба раската в сторону более прочного слоя.

42

Рисунок 5.6 – Калибровка валков стана 320 для прокатки биметаллической катанки

Существует также оригинальный метод совместной горячей прокатки двухслойных труб, состоящих из двух разнородных сталей. Путем прессования или волочения из двух различных сталей изготавливают две трубы. После зачистки поверхностей вставляют одну трубу в другую. При этом наружная труба может быть изготовлена из углеродистой стали, а внутренняя – из нержавеющей стали. Внутреннюю трубу по внутренней поверхности обмазывают графитом или каким-либо другим составом, предохраняющим от сваривания в процессе прокатки. Полученную описанным способом составную трубу нагревают в печи до температуры прокатки (примерно 1100 – 1200 0С), после чего осуществляют прокатку в гладких валках. В результате труба сплющивается в полосу. Прокатку производят до толщины, равной двойной толщине требуемой толщины стенки готовой трубы. Полученную полосу раздирают сначала при помощи ножей, а затем подают воду высокого давления и раздувают полученный раскат до круглой формы. В результате получается двухслойная тонкостенная труба с двумя заусенцами, которые при дальнейшей механической обработке удаляются.

43

5.2 Получение биметаллов совместной холодной прокаткой

Методом совместной холодной прокатки получают антифрикционные и проводниковые биметаллы в виде двухили трехслойных полос и лент, состоящих из стальной основы и плакирующих слоев из цветных металлов или их сплавов (например, меди, латуни, никеля и др.). При этом обязательными условиями обеспечения прочного сцепления слоев биметалла, как и в случае горячей прокатки составных пакетов, являются предварительная чистка поверхностей соединяемых металлов, а также значительная степень последующей их деформации (относительное обжатие за пропуск при совместной холодной прокатке металлов составляет 45-70%).

Производство биметаллов совместной холодной прокаткой осуществляется:

пакетным способом (например, для холодной прокатки полос с сочетанием составляющих сталь + сплав АСМ подготавливают двухслойные несимметричные, или одинарные составные пакеты);

и более производительным с меньшим расходом металла рулонным способом.

Принципиальная схема холодной прокатки трехслойного биметалла рулонным способом представлена на рисунке 5.7. При этом следует заметить, что полученный указанным способом трехслойный биметалл подвергается в дальнейшем повторной холодной прокатке на многоклетевом стане, резке на мерные ширины, отжигу и дрессировке.

4

3

Рисунок 5.7 – Схема получения трехслойного биметалла совместной холодной прокаткой: 1–металл основного слоя;2–металл плакирующего слоя;3–задающее устройство; 4– трехслойный прокат

44

В заключение отметим некоторые технико-экономические показатели производства коррозионностойких биметаллов совместной пластической деформацией, а также методы испытаний прочности сцепления их слоев.

Расходный коэффициент металла при производстве биметаллических листов пакетным способом составляет примерно 1,7- 2,3 т/т. При этом на 1 тонну двухслойного листа расходуется порядка 300 – 400 кг нержавеющей стали.

Листовая двухслойная сталь должна обладать высокой прочностью сцепления слоев. Прочность сцепления слоев двухслойных листов контролируется испытаниями на срез или отрыв плакирующего слоя с определением сопротивления срезу или отрыву по плоскости соприкосновения основного и коррозионностойкого слоев. На рисунке 5.8 представлены принципиальные схемы испытаний прочности слоев. Испытания на отрыв заключаются в отрыве кольцевого элемента плакирующего слоя от основного металла, а испытания на срез – в срезе металла плакирующего слоя под действием силы, линия действия которой параллельна плоскости сцепления слоев биметалла. Сопротивление срезу между слоями лежит, как правило, в пределах 147

– 392 МПа.

Рисунок 5.8 – Схемы испытаний прочности сцепления слоев: а – на срез в матрице; б – на отрыв плакирующего слоя; 1 – направляющие; 2 – образец; 3 – плакирующий слой; 4 – основной металл; 5 – матрица

45

Контрольные вопросы:

Назовите известные Вам способы получения биметаллов совместной пластической деформацией.

Меры предупреждения окисления соединяемых поверхностей при нагреве и прокатке составных пакетов.

Назовите известные Вам разновидности составных пакетов. В каких случаях они применяются?

Конструкция двухслойного несимметричного пакета.

Конструкция четырехслойного симметричного пакета.

Методика определения размеров слоев четырехслойного симметричного пакета.

Основные методы повышения прочности соединения слоев при производстве биметаллов совместной пластической деформацией.

Приведите примеры рациональных режимов нагрева биметаллических пакетов и слитков.

Укажите известные Вам технологические особенности получения совместной горячей прокаткой различных биметаллических профилей (толстых листов, катанки, труб).

Области применения и основные способы совместной холодной прокатки металлов.

Принципиальная схема холодной прокатки трехслойных полос рулонным способом.

Методы испытаний прочности сцепления слов биметаллических листов.

46

6.ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОКАТКИ НЕКОТОРЫХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ

6.1.Прокатка меди и ее сплавов

Основные полуфабрикаты из меди, изготавливаемые прокаткой, - холоднокатаные и горячекатаные листы (толщиной 0,4-25 мм, а иногда до 100 мм и более), а также холоднокатаные ленты (толщиной 0,04-2,0 мм и шириной до 600 мм). При этом медные холоднокатаные листы и ленты изготавливают мягкими (отожженными) с пределом прочности и относительным удлинением не менее 210 МПа и 30% соответственно или твердыми (неотожженными) с пределом прочности и относительным удлинением не менее 300 МПа и 3% соответственно.

Медь, как известно, характеризуется высокой пластичностью и поэтому хорошо поддается как горячей, так и холодной прокатке, допуская деформацию между отжигами до 95-97%. Однако при разработке технологического процесса прокатки все же следует учитывать, что наличие таких примесей как висмут, сера и свинец способствует некоторому снижению ее пластических свойств. Необходимо также отметить, что для прокатки меди и ее сплавов (например, латуней) применяется прокатное оборудование, которое совершенно аналогично используемому для производства стального проката.

Исходными заготовками для производства проката из меди являются слитки, отлитые в вертикальные изложницы или же в кристаллизаторы непрерывной или полунепрерывной разливки и затем механически обработанные с целью удаления поверхностных дефектов (например, фрезерованием). Температура нагрева таких слитков под прокатку зависит от мощности применяемого оборудования, а также необходимости получения определенной структуры металла после его деформации и обычно колеблется в пределах от 700 до 930оС.

Последующая горячая прокатка медных слитков протекает без каких-либо затруднений в широком интервале температур, что позволяет применять довольно значительные суммарные относительные деформации металла с большим количеством пропусков

(до 15-30).

Поверхность полученного горячекатаного подката перед последующей его холодной прокаткой механически обрабатывают с целью удаления окалины. Дальнейшая холодная прокатка возможна, как

47

указывалось выше, с применением больших степеней деформации в отдельных проходах, а также между промежуточными отжигами. Однако холодная прокатка со значительной степенью деформации приводит к образованию анизотропной структуры проката, которая обусловливает появление так называемых фестонов (или волнистостей) у изделий, получаемых в последующем вытяжкой. В связи со сказанным суммарная степень обжатия металла ограничивается до 50%, а холодная прокатка ведется в несколько стадий с промежуточными отжигами. Для предотвращения образования фестонов при дальнейшей холодной штамповке также увеличивают температуру нагрева медных слитков под горячую прокатку до 900-9300С.

Промежуточные отжиги проводят в протяжных или колпаковых печах с созданием в их пространстве защитных сред с целью предотвращения окисления и, следовательно, необходимости последующего травления.

К основным полуфабрикатам из латуни, получаемым прокаткой,

относят листы (h=0,4-22 мм; b=600, 710, 800 и 1000 мм; l=1500, 1410 и 2000 мм), ленты (h=0,05-2 мм; b=175-600 мм) и полосы (h=0,40-10,0 мм; b=40-500 мм), выпускаемые трех степеней твердости: мягкие, полутвердые и твердые (для некоторых марок латуни предусмотрены дополнительные степени – особо твердые и четвертьтвердые). При этом используются латуни двух категорий: однофазные или α-латуни и двухфазные или β-латуни. Латуни первой категории при горячей прокатке требуют больших затрат энергии, деформируются в узком температурном интервале и в их составе допускается присутствие примесей в меньшем количестве, чем в латунях второй категории (например, α-латуни, содержащие 0,03 и более % свинца, не подвергают горячей прокатке из-за снижения пластичности и возможности растрескивания кромок раската и даже его полного разрушения). При холодной прокатке все преимущества находятся на стороне однофазных латуней, т.к. последние допускают значительные степени деформации между отжигами и требуют меньшей мощности прокатного оборудования, в то время как холодная прокатка двухфазных латуней сопровождается растрескиванием кромок раската.

Оптимальный технологический процесс при изготовлении листов, лент и полос из массовых марок латуни складывается из следующих основных операций: получение слитков массой 1,0-2,5 т на установках непрерывной или полунепрерывной разливки; нагрев слитков до необходимой температуры (760-8200С) в пламенных или индукционных

48

электрических печах; горячая прокатка слитка на реверсивном двухвалковом стане (диаметр валков Dв=850-900 мм) с эджерной установкой до размеров hxb=(4-6)х(1000-1300) мм со скоростью 3-4 м/с; подготовка поверхности горячекатаного подката перед последующей его холодной прокаткой (химическим способом, т.е. травлением, или же комбинированным: сочетанием фрезерования и травления); холодная прокатка в несколько стадий со скоростью 5-10 м/с с промежуточными отжигами в электротолкательных печах с защитной атмосферой (при этом используются непрерывные многоклетевые станы кварто, а также одноклетевые станы кварто или же многовалковые станы, в частности, двеннадцативалковые); окончательная отделка.

6.2. Прокатка алюминия и его сплавов

Плоский прокат из алюминия и его сплавов (листы, полосы и ленты) производят толщиной 0,3-10 мм, шириной 300-1500 мм и длиной 20004000 мм.

При производстве проката из алюминия и его сплавов используется оборудование, совершенно аналогичное применяемому при прокатке стали, а также все более широкое распространение получает совмещение операций непрерывной разливки и последующей пластической деформации в едином технологическом потоке, т.е. использование так называемых совмещенных непрерывных литейнопрокатных агрегатов.

Рассмотрим основные технологические операции при производстве плоского проката из алюминия и его сплавов.

Плоские слитки массой 2-6 т для последующей горячей прокатки листов получают по методу непрерывного или полунепрерывного литья, обеспечивающему высокую скорость кристаллизации металла, более равномерное распределение интерметаллических фаз и более мелкое зерно слитка, что в итоге повышает качество прокатанных листов.

Машина непрерывного литья плоских слитков состоит из миксера с жидким металлом (температура металла 670-710°С). Из миксера при помощи сифона металл поступает в промежуточный желоб, имеющий устройство с поплавком, которое дозирует подачу металла в распределительное (по ширине слитка) устройство. Распределительное устройство расположено внутри водоохлаждаемого кристаллизатора, форма которого соответствует поперечному сечению плоского слитка (с выпуклыми боковыми гранями). Металл затвердевает в

49

кристаллизаторе, и слиток вытягивается вертикально вниз со скоростью около 100 мм/мин, опираясь своей нижней частью на поддон. Длина слитка (3-6 м) ограничивается его массой (2-6 т). Практика показала, что увеличение массы слитка требует уменьшения скорости отливки, что приводит к ухудшению структуры металла. Установки (двух- и трехручьевые), в которых производится отливка плоских слитков определенной длины, называются полунепрерывными. После отливки слитка подача жидкого металла в кристаллизатор прекращается, и слиток поднимается вверх и подается в отделение гомогенизации.

Гомогенизацией называется термическая обработка (отжиг) слитков из алюминиевых сплавов с целью уменьшения неоднородности металла по химическому составу и снятия остаточных термических напряжений, образующихся в процессе неравномерного охлаждения при отливке слитка. При этом повышаются пластические свойства слитка, что позволяет при последующей прокатке деформировать металл с большими обжатиями при повышенных скоростях. Гомогенизацию осуществляют в специальных электрических печах при нагреве слитков до 480-510°С, длительной выдержке при этой температуре (6-18 ч) и медленном охлаждении. Общая продолжительность гомогенизации составляет примерно сутки.

Сцелью уменьшения при последующей фрезеровке съема металла

споверхностей слитка, содержащих наплывы и ликваты, после гомогенизации слитки подвергают горячей правке в правильной машине или прогладке (небольшому обжатию) на реверсивном двухвалковом стане. Далее слиток обрезают, придавая ему прямоугольную форму, разрезают на мерные длины (если слиток будет прокатываться в поперечном направлении, то длина отрезаемого плоского слитка должна быть равна ширине полосы при горячей прокатке) на салазковой дисковой пиле и фрезеруют торцовыми фрезами с обеих сторон на глубину 4-10 мм с целью удаления поверхностных дефектов и получения гладких и чистых поверхностей для последующего их плакирования. Сплавы алюминия обладают меньшей коррозионной стойкостью, чем чистый алюминий. Для повышения коррозионной стойкости листов из сплавов алюминия при горячей прокатке на зачищенные поверхности плоских слитков накладывают листы чистого алюминия (толщиной 4-5% от толщины слитка); после прокатки поверхность листов будет покрыта (плакирована) тонким слоем чистого алюминия, предохраняющим основной металл сплава от коррозии.

50

Перед плакированием плоские слитки (слябы) промывают содовым раствором и горячей водой и сушат горячим воздухом.

Плакированные сверху и снизу слябы нагревают до 450-470°С в проходных методических печах (с электронагревом при помощи нихромовых спиралей); через печь слябы передвигаются цепными конвейерами.

Горячую прокатку плоских плакированных слитков (слябов) осуществляют на реверсивных четырехвалковых (2-3 клети) или на непрерывных широкополосных станах, температура сляба и полосы при прокатке 420-340°С; скорости прокатки 1-10 м/с; толщина готовой горячекатаной полосы 3-9 мм. Относительное обжатие, равное в первых проходах 7-10%, постепенно увеличивается и достигает в последних проходах 25-33%. При прокатке на валки и полосу подают охлаждающесмазочную 2-3% эмульсию (водный раствор олеиновой кислоты, трансформаторного масла и триэтаноламина при температуре 50-60°С), которая предохраняет валки от налипания алюминия. Подача эмульсии регулируется форсунками вдоль бочки валков, что обеспечивает необходимый тепловой профиль рабочих валков (выпуклость бочки) и получение полосы прямоугольного сечения по ширине. Эмульсия является также технологической смазкой, способствующей улучшению «выкатки» полосы при меньшем давлении на валки.

Холодную прокатку рулонов горячекатаной полосы осуществляют на реверсивных четырехвалковых или на непрерывных станах (2-4 клети). Перед холодной прокаткой рулоны горячекатаной полосы подвергают отжигу (для выравнивания структуры и снятия внутренних напряжений). При холодной прокатке на валки подается охлаждающе-смазочная эмульсия (как при горячей прокатке), а на входящую в валки полосу подается технологическая смазка (смесь керосина с веретенным маслом в пропорции 3:1). Суммарное относительное обжатие при холодной прокатке алюминия достигает 90% и более, а при холодной прокатке его сплавов, в частности дюралюминия, – 60-70%. Причем, если в дальнейшем предусматривается штамповка холоднокатаных листов и лент, рекомендуется во избежание образования фестонов несколько сокращать степень деформации алюминиевых сплавов между промежуточными отжигами.

После холодной прокатки рулоны полосы шириной 1500-2500 мм и толщиной 0,5-3 мм поступают на агрегат резки; здесь происходит обрезка боковых кромок полосы, правка на многороликовой правильной