Перспективы повышения качества титановых прутков при использовании 10-клетьевого блока на стане «250» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.771.25

ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ТИТАНОВЫХ ПРУТКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ 10-КЛЕТЬЕВОГО БЛОКА НА СТАНЕ «250»

Ю.М. Сигалов, канд. техн. наук, Ю.Б. Бахтинов, канд. техн. наук, В.М. Комаров, А.Н. Козлов (ОАО ВИЛС, e-mail: info@oaovils.ru)

Рассмотрены действующие режимы деформации в двухвалковых калибрах на стане «250» ОАО ВИЛС, которые приводят к появлению поверхностных дефектов на полосе при прокатке титановых сплавов. Для достижения необходимого качества продукции требуются повышенные затраты на наладку и обслуживание существующего оборудования. Предложена методика расчета конструкций двухвалковых калибров (с максимально допустимым радиусом притупления боковых кромок овала) на существующей линии промежуточной прокатки «300» и расчет возможности применения в линии чистовой прокатки «250» блока из 10 трехвал-ковых клетей (с всесторонним обжатием) по системе калибров круг-овал.

Показаны преимущества разработанной технологии по сравнению с существующей, использующей систему калибров квадрат-овал.

Ключевые слова: прокатка, круглые прутки, титановый сплав ВТ16, методы расчета, максимально допустимый радиус закругления, кромки овальной полосы и калибра, десятиклетьевой блок «230».

Prospects of an Improvement in Titanium Rod Quality in the Case of the Use of Ten-Stand Block in 250 Mill. Yu.M. Sigalov, Yu.B. Bakhtinov, V.M. Komarov, A.N. Kozlov.

Acting deformation conditions in two-high passes in 250 mill at VILS Stock Co, which result in appearance of surface defects on strips in case of titanium alloy rolling, are discussed. Higher costs for adjustment and service of the existing equipment are required to attain desired quality of products. A procedure of design of two-high pass structures (with maximally allowable radius of side edge oval dulling) in the existing 300 intermediate rolling line is offered. The possibility of the use of a block consisting of ten three-high stands (with all-round reduction) based on round-oval passes in 250 finish rolling line has been also calculated.

Advantages of the developed technology in comparison with the existing one where square-oval passes are used are shown.

Key words: rolling, round rods, VT16 titanium alloy, design procedures, maximally allowable radius of dulling, edges of oval strip and pass, 230 ten-stand block.

ОАО ВИЛС является основным производителем в России сортовых полуфабрикатов мелких сечений из титановых сплавов. Обточенные прутки от круга 0 4 мм до круга 0 8,5 мм с допуском - 0,04 мм производят из круглых катаных заготовок с допуском ±0,4 мм, имеющих припуск под механическую обработку не менее 1,0 мм.

Повышение выхода годного требует проведения реконструкции всех трех линий сортового стана «250» ОАО ВИЛС:

- черновой прокатки «500» в составе одной клети «500»;

- промежуточной прокатки «300» в составе трех клетей «310»;

- чистовой прокатки «250» в составе шести клетей «280».

-Ф-

-Ф-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Пути совершенствования прокатки прутков диаметром 0480 2> мм на линии черновой прокатки «500» описаны в работе [1]. Форма калибров овал-ребровой овал создает плавный переход одного профиля в другой, а отсутствие острых кромок на полосе предупреждает возможность образования трещин на раскате при прокатке. Калибровка валков линии черновой прокатки «500» универсальна, так как при переходе с одного сплава на другой требуется лишь небольшая подстройка.

Для повышения качества катанки до уровня требований международных стандартов (ДБТМ В-348) ведутся работы по усовершенствованию калибровки валков на линии промежуточной прокатки «300» и по модернизации оборудования линии чистовой прокатки «250».

К недостаткам технологии прокатки на линии промежуточной прокатки «300» следует

г = 25

Я = 100

Подкат с линии «500» Клеть 1

Рис. 1. Схема действующей калибровки валков линии промежуточной прокатки «300» квадратных прутков

отнести наличие калибровки валков овал-квадрат (рис. 1). Однорадиусные овальные полосы способствуют быстрому охлаждению тонких боковых кромок. Захоложенные кромки овала при прокатке в ребровом квадратном калибре служат причиной образования закатов в углах квадратной полосы, а прямые стенки квадратной полосы при прокатке в однора-диусном овальном калибре способствуют появлению морщин на полосе. Это приводит к удорожанию продукции, так как при обточке круглых прутков припуск на механическую обработку становится более 1,0 мм.

Предлагаемая новая система калибровки включает использование ребрового круглого калибра и двухрадиусного овала с максимально допустимым радиусом притупления боковых кромок овала, близким по форме в плоскости захвата к ребровому круглому калибру (рис. 2). Двухрадиусные полосы с максимально допустимым радиусом притупления боковых кромок могут прокатываться устойчиво без вводной удерживающей арматуры. Достаточно только направить полосу в калибр. В условиях интенсивного деформирования достигается почти полное отсутствие поверхностных дефектов, так как система калибров свободна от недостатков одноради-усных овальных полос.

Таким образом, используя на линии промежуточной прокатки «300» новую систему калибровки ребровой круг-двухрадиусный овал можно из овала размером 61 х 26,5 мм прокатать круглые прутки повышенной точности диаметром 34, 25, 18 мм (см. рис. 2). Это особенно важно в связи с необходимостью обеспечения выпуска конкурентоспособной продукции широкого сортамента, отвечающей требованиям международных стандартов.

Максимально допустимый радиус закругления боковых кромок овальной полосы рассчитывают в зависимости от ширины овала вов и параметра прокатки ^ов/вов [2, 4] по формуле:

гтах =

= 0,5вов[2,325 - 75,4 - 3,65 (^/вов) ], (1)

где ^ов, вов - соответственно толщина и ширина овала.

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

г = 11.3

А = 70,7

Подкат с линии «500» Клеть 1

19 8 Ф А2 = 19,8 у

Рис. 2. Предлагаемая схема калибровки валков линии промежуточной прокатки «300» для низкотемпературной прокатки (Т = 700 ° С) круглых прутков

Рис. 3. Конструкция калибра для прокатки овальной полосы

Если максимально допустимый радиус закругления кромок овала имеет одно единственное решение (см. формулу 1), то радиус закругления плоскости овала включает в себя два контрольных параметра: минимальную Ят|п и максимальную Ятах величину радиуса. Используя измерительные инструменты, задаемся средним значением угла сопряжения радиусов овала (рис. 3) по уравнению [2, 3]:

а,

ср'

0,5(ат1п + а тах).

(2)

При этих условиях средняя величина сопряжения большого радиуса йСр с малым радиусом гтах будет равна:

0 5в — г

Яср = 0 , 5 . 0 в - -X + 0,5^ов. (3)

Ср

1да

ср

Приведем расчет радиусов сопряжения овального калибра для прокатки полосы со следующими параметрами: ширина вов = = 40,6 мм,

^ов/вов = 0,47; ат1п = 8,5 , атах = 15,5 .

Задаемся максимально допустимым значением радиуса закругления кромок овала по уравнению (1):

гтах = 0,5 • 40,6[2,325 - ^5,4 - 3,65-0,47 ] = = 8,2 мм.

Задаемся средним значением угла сопряжения радиусов овала по уравнению (2):

а

ср

0,5(ат|п + атах) = 0,5(8,5 + 15,5) = 12°.

При этих условиях средняя величина сопряжения большого радиуса с малым радиусом овала по уравнению (3) будет равна:

йср =

0,5вов - Г

ов тах

!д12°

+ 0,5^ов=

0,5-40,6-8,2_,_пс- щ сс г-= ' „ „ „ ' + 0,5-19 = 66,5 мм.

0,212

Конструкция двухрадиусного калибра для прокатки овальной полосы в ребровом круглом калибре приведена на рис. 3, а расчетные данные размеров овального калибра -в табл. 1. Конструкция ребрового круглого калибра приведена на рис. 4, а расчетные

"Ф

-Ф-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Таблица 1

Расчетные данные размеров овальных калибров

Размеры овального калибра, мм а, град. Площадь калибра Б, мм2

в Ь гтах Яср Г Г max min среднее

61 26,5 11,3 70,7 6 6 21 16 18,5 1269

40,6 19 8,2 66,5 4 4 15,5 8,5 12 605

31 13,7 5,9 48,5 3 3 16 10 13 333

22,7 10 4,1 32 2 2 19 11 15 178

Таблица 2

Расчетные данные размеров ребровых круглых калибров

Площадь ка-

Размеры ребрового калибра, мм

прутка б, мм либра Б, мм в Ь вд «1 Я2 Г1 г2 t

33 904 33 33 19,8 33 19,8 6,6 5 4

24,3 490 24,3 24,3 14,6 24,3 14,6 4,8 3,7 4

17,5 254 17,5 17,5 10,5 17,5 10,5 3,5 2,6 3

-Ф

данные размеров - в табл. 2. Конструкция калибра для прокатки круглых прутков повышенной точности приведена на рис. 5, а расчетные данные размеров - в табл. 3.

Выбор ширины овала. Площадь овала можно принять за среднегеометрическое значение площадей между кругами (О0 и о2

=

= ОоО

0о2

(4)

или среднеарифметическое значение

Sa1 =

^ = 8 [ о0 + о2 ].

(5)

Однако значение в1 > в1 , что приводит к

завышенным величинам площади по уравнению (5) и к заниженным по уравнению (4). Причем ошибка в определении площади растет с увеличением площади овала. В це-

в„ = 0.66л/?

90°

Рис. 4. Конструкция ребрового круглого калибра для самоцентрирования двухрадиусных овальных полос

Рис. 5. Конструкция калибра для прокатки круглых прутков повышенной точности

-Ф-

-Ф-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Таблица 3

Расчетные данные размеров круглых калибров повышенной точности

Диаметр прутков в горячем состоянии б, мм

Допуск А, мм

расчетный максимальный минимальный плюсовой минусовой Ь в «1 «2 Г t

34,3 34,5 33,6 0,2 0,7 33,8 34,6 16,9 17,3 5,0 4

25,2 25,4 24,7 0,2 0,5 24,9 25,5 12,4 12,7 3,7 4

18,2 18,3 17,7 0,1 0,5 17,8 18,4 8,9 9,1 2,6 3

14,1 14,2 13,6 0,1 0,5 13,7 14,3 6,8 7,1 2,0 2

Размеры круглого калибра повышенной точности, мм

лях уменьшения ошибки назначение площади двухрадиусного овала осуществляем по уравнению:

5юр = - ^ + 51 ] = П [¿о + 4>]2

16

(6)

П1 = : С другой стороны,

(8)

¿0

П1 = V

(9)

Из совместного решения (8, 9) задаемся толщиной овала

2

а.

п = а

(10)

0

С другой стороны, площадь двухрадиус-ного овала

в1 = 4 в1л1 = 0,785в1Л1,

где в1, - соответственно ширина, толщина овала.

Условие надежного естественного захвата полосы валками определяется соотношением ^1/Б1 = 0,5. При подстановке ^ = 0,5в1 в равенство

Ц [¿0 + ¿2]2 = П в^1

задаемся шириной двухрадиусного овала

в1 = 0,707(0) + ¿2). (7)

Выбор толщины овала. Толщину овала найдем, полагая, что половина смещенного по высоте объема металла пойдет на уширение Р1, а вторая половина на удлинение ^ полосы:

Толщиной овала можно задаться также из условия допустимого естественного захвата полосы валками по уравнению:

А^ = ц2ЯК1 = ¿0 - И1,

откуда

^ = ¿о -И12«к1 = ¿о - И2(Яо - 0,5^1), (11)

где коэффициент трения при прокатке круглой полосы в овальном калибре; ЙК1 - катающий радиус в овале; й0 - начальный радиус валка. Из решения уравнения (11) найдем толщину овала, выраженную через начальный радиус валка

^ =

¿0 - й 0 1 - 0,5

(12)

Расчет коэффициента трения. Коэффициент трения в калибрах определим из условия максимального естественного захвата полосы валками § = 2ц, 1д/А1л = 2, откуда с учетом формулы (10) имеем при прокатке в овальном калибре:

ц1ов

¿0 -

й

к1

2 2 ¿0 - ¿2

¿0й0 - 0,5б2

(13)

2

0

2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

и с учетом формулы (7) при прокатке в круглом калибре

И2ов :

в1 - 02

Я

к2

0,70700 - 0,293(2 I Я0 - 0 , 5 02

(14)

Выбор диаметра кругов. Из совместного решения уравнений (10-12) найдем минимально допустимый диаметр круга

°2==

н

00 С°0 - ^ Я0 )

1 - 0,5

(15)

или максимально допустимый диаметр исходной заготовки

2 2 2 2 Оо = 0,5 Як1 + д/С 0,5 Як1) + 02 =

2 2 2 2 2 = 0,5^ Яо + А/С0,5^2Я0) + С1 - 0,5^2)О2 .(16)

Уравнения (15, 16) применимы для расчета калибров линии промежуточной прокатки «300» по условиям естественного захвата полосы валками.

Пользуясь уравнениями (7, 10, 12) равно как и (13-15), задаемся предварительными размерами овального калибра. Уточнение выбранных размеров овала производим для конкретного оборудования, в нашем случае это линия промежуточной прокатки «300» стана «250» ОАО ВИЛС.

Приведем расчет размеров двухрадиусного овала ^1хв1, если известен диаметр исходной заготовки (0о = 34 мм и подката о^ = 25 мм из сплава ВТ16. Диаметр стальных валков 00 = = 310 мм.

Задаемся шириной овала по уравнению (7): в1 = 0,707(00 + 02) = 0,707(34 + 25) = 41,7 мм.

Находим толщину овала.

Абсолютное обжатие

ЛЬ2 = 0,785(в1 - 02) = = 0,785(41,7 - 25) = 13,1 мм.

Относительная деформация

02

е2 = 1 - — = 1

25 4 1 , 7

= 0,4.

Катающий радиус

_00 - (2_ 310 - 25

Як2 =

= 142,5 мм.

22 Длина дуги захвата

1д2 = 7йк2Л Ь2 = 7142,5-13,1 = 43,2 Уширение полосы

1

мм.

Лв1 = 0,281п

1 - Е

1д2 =

= 0,281п

1

43,2 = 6 мм.

.1 - 0,4.

Толщина овала

Ь1 = О2 - Лв2 = 25 - 6 = 19 мм.

Уточняем ширину овала. Абсолютное обжатие

ЛЛ1 = 0,785((0 - Л1) = 0,785(34 - 19) = 11,8 мм. Относительная деформация

Е1 = 1

= 1

19

(0 34

= 0,44.

Катающий радиус

_ °0 - Ь1 _ 310 - 19 _

Я,

к1

145,5 мм.

22 Длина дуги захвата

1д1 = 7^к1Л Л1 = л/145,5-11,8 = 41,4 Уширение полосы

1

мм.

Лв1 = 0,281п

1 - Е

гд2 =

= 0,281п

1

41,4 = 6,6 мм.

.1 - 0,44. Ширина овала

в1 = (00 + Лв1 = 34 + 6,6 = 40,6 мм. Площадь овала в1 = 0,785 в1Л1 = 0,785 • 40,6 -19 = 605 мм2.

Принимаем окончательно ^ х в1 = = 19 х 40,6 мм (см. рис. 2).

1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Получение подката повышенной точности с клети 6 линии «250» позволяет провести модернизацию процесса горячей прокатки катанки диаметром 10 мм и менее.

Конструкция существующей линии чистовой прокатки «250» в составе шести двухвалковых клетей «280» из-за сложной настройки калибров и привалковой арматуры ограничивает возможности стана для получения качественной продукции. Скручивание полосы при передаче ее из клети в клеть, дополнительное трение в кантующих проводках и обводных аппаратах приводят к сбоям в работе стана, возникновению закатов, прирезам, а также к обрывам полосы проката. Это снижает выход

Подкат с линии «250» Клеть 6

10

Рис. 6. Предлагаемая схема калибровки валков линии чистовой прокатки на десятиклетьевом

годной продукции при прокатке и дальнейших отделочных операциях.

Установка в линию стана «250» ОАО ВИЛС 10-клетьевого блока «230» отечественной фирмы ЭЗТМ или 10-клетьевого блока «215» немецкой фирмы KOKS с трехвалковыми клетями исключит кантовку полосы, позволит выполнять прокатку с всесторонним обжатием и минимальными допусками.

Предлагаемые режимы деформирования на чистовой линии с применением 10-клетье-вого блока «230» с трехвалковыми калибрами приведены на рис. 6, параметры прокатки ка-

~ о+0,05 ,- + 0,05 „ ,- + 0,1 танки диаметром 6,9_0 i ; 7,5_0 i ; 9,5_0 i -

в табл. 4.

Значительное сужение поля допуска по диаметру с ± 0,4 мм до ± 0,1 мм позволит снизить припуск под дальнейшую механическую обработку на существующей токарно-шли-фовальной линии бесцентровой обточки «Хетран» с 1,0 до 0,6 мм, работающей по системе бухта-бухта, бухта - пруток, и обеспечить шероховатость поверхности Ra < 1,00 мкм.

Технологический процесс на линии чистовой прокатки «250» осуществляется следующим образом. Подкат 0 14,1 мм из клети 6 линии «250» передается в 10-клетьевой блок «230» для прокатки катанки диаметром 6,9; 7,5; 9,5 мм. Катанка сматывается в бунт на моталке, в качестве которой используется существующая, установленная на новом месте. При прокатке прутков диаметром свыше 14,0 мм блок клетей «230» не используется, а полоса передается к существующим переносным летучим или стационарным ножницам для резки на мерные длины.

Указанные схемы калибровки валков и режимы деформирования рассчитаны исходя из существующих условий, наличного состава оборудования стана «250» ОАО ВИЛС, его скоростных, энергетических, температурных характеристик и конструктивных особенностей.

Расчеты основаны на теоретических предпосылках и в конкретных случаях должны быть скорректированы для реализуемых схем прокатки и применяемого оборудования.

Модернизацию линии чистовой прокатки стана «250» ОАО ВИЛС отличают небольшие капиталовложения, и она может быть выпол-

2

3

4

9

94

ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ № 3 2012

-Ф-

-Ф-

-Ф-

-Ф-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Таблица 4

Параметры прокатки катанки диаметром 6,9; 7,5; 9,5 мм в трехвалковых калибрах 10-клетьевого блока «230»

Форма сечения полосы Исходная заготовка Треугольник Шестигранник Треугольник Шестигранник Овал Круг Овал Круг Овал Круг

Диаметр впи- 0 14 12,6 12,6 11,1 11,1 9,5 0 9,5 7,5 0 7,5 6,9 0 6,9

санной ок-

ружности, мм

Площадь 156 139,2 124,3 109 94,0 81,7 71,1 56,1 44,3 41,0 38,0

сечения, мм

Коэффици- 1,14 1,12 1,12 1,15 1,15 1,15 1,15 1,267 1,267 1,08 1,08

ент вытяжки

Скорость 1,46 1,6 1,8 2,1 2,4 2,8 3,2 4,0 5,1 5,5 6,0

прокатки, м/с

Примечание. 1. Наибольшая скорость на линии промежуточной прокатки «300» 0,88 м/с.

2. Скорость прокатки катанки диаметром 6,9 мм в 10-клетьевом блоке «230» с трехвалковыми калибрами принята и>10 = 6 м/с (по предложению ОАО ЭЗТМ).

3. Общая вытяжка в 10-клетьевом блоке «230» X 0б = 4,1.

нена без длительной остановки действующего стана.

В случае реализации проекта модернизации технологии и оборудования сортового стана «250» экономия будет состоять из:

- повышения выхода годного продукции на 15-20%;

- снижения трудо- и энергозатрат на 2025 %;

- повышения качества продукции;

- расширения сортамента изделий. Срок окупаемости проекта составит

2 года.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сигалов Ю.М., Бахтинов Ю.Б., Комаров В.М., Козлов А.Н. Совершенствование прокатки прутков из титанового сплава ВТ16 с устранением перегрузки стана посредством оптимизации калибровки валков. // Технология легких сплавов. 2011. № 4. С. 86-89.

2. Северденко В.П., Бахтинов Ю.Б., Бахтинов В.Б. Валки для профильного проката. - М.: Металлургия, 1979. - 224 с.

3. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков. - М.: Металлургиздат, 1953. -784 с.

4. Бахтинов В.Б., Бахтинов Ю.Б. Производство экономичных профилей. - М.: Металлургия, 1984. - 322 с.