CC BY
26
Бельский С.М. ©
Д-р техн. наук, профессор, кафедра Обработки металлов давлением, Липецкий государственный технический университет
РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ЛИНИЯМИ «ПЕРЕГИБОВ» НА ПОВЕРХНОСТИ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ПОЛОС ПРИ РАЗМАТЫВАНИИ В ЛИНИИ НЕПРЕРЫВНО
ТРАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА
Аннотация
В статье излагается методика оценки условий появления дефекта «перегибы» на поверхности горячекатаных полос, а также вычисления расстояния между линиями «перегибов» при разматывании горячекатаных полос под натяжением. Методика включает в себя расчет величины растягивающих напряжений в поверхностном слое металла выпрямляемого витка рулона. При превышении этими напряжениями «зуба» на площадке текучести начинает формироваться пластический шарнир. Величина плеча момента натяжения, под действием которого виток выпрямляется, взаимосвязана с расстоянием между линиями «перегибов». Представленная методика позволяет вычислять зависимость этого расстояния от параметров полосы и натяжения разматывания.
Ключевые слова: горячая прокатка, геометрические параметры полосы, механические свойства полосы, линии перегиба, диаграмма растяжения, площадка текучести, разматыватель, натяжение.
Summary
In the article technique of estimation of conditions of appearance of defect “coil breaks ” on the surfaces of hot-rolled strips is expounded, and also calculations of distance between the lines of «coil breaks» when uncoiling hot-rolled strips under a tension. The technique includes calculation of the size of stretching tension in a superficial metal layer of the straightened roll round; when this tension exceeds “upper yield point” on a Luders strain the plastic hinge starts being formed. The size of a shoulder of the torque of tension under the influence of which the round becomes straight, is interconnected with distance between lines of «coil breaks». The presented technique allows to calculate dependence of this distance on parameters of a strip and uncoiling tension.
Keywords: hot rolling, strip geometrical parameters, strip mechanical properties, “coil breaks”, stress-strain curve, Luders strain, uncoiler, tension.
В процессах горячей прокатки на непрерывном стане, ускоренного охлаждения на отводящем рольганге и остывания в рулоне стальная полоса испытывает механические и термические воздействия; при этом формируются геометрия и механические свойства готовой полосы. Вопросы формирования, регулирования и управления профилем, плоскостностью, уширением и механическими свойствами горячекатаных полос, а также образования дефектов, связанных с этими процессами, рассматривались в работах [1-14].
Результатами нарушения технологии производства горячекатаных полос являются как неоднородность механических свойств по толщине, так и поверхностные дефекты в виде отпечатков, рисок, пригаров и т. д., которые ухудшают потребительские свойства горячекатаных полос и изделий из них. Исследованиям влияния таких дефектов на качество горячекатаного толстого листа посвящены работы [15-21].
При холодной прокатке большинство поверхностных дефектов типа «отпечатки», «надав», «риски» и т. д. выкатываются и не проявляются на готовой холоднокатаной полосе.
© Бельский С.М., 2015 г.
Но существует неустранимый поверхностный дефект, который поражает поверхность травленой горячекатаной полосы - «перегибы».
«Перегибы» - дефекты, поражающие поверхность горячекатаных полос в линии непрерывно-травильного агрегата (НТА) [22]. Главным образом они проявляются в виде линий или полос, которые отличаются от основного металла отражающей способностью и шероховатостью.
Диаграмма растяжения горячекатаных полос из низкоуглеродистой стали отличается наличием четко выраженной области прерывистого течения, т. е. верхним («зуб текучести») и нижним пределом текучести (рис. 1).
Рис. 1. Схематическая диаграмма растяжения с «зубом текучести»
При приложении к полосе из такой стали продольных напряжений, по величине близких к пределу текучести, наблюдается прерывистый характер распространения текучести в рядом расположенных областях
После ускоренного охлаждения горячекатаных полос на отводящем рольганге в низкоуглеродистой стали начинается выпадение нитридов железа из твердого раствора. Зуб и площадка текучести на диаграмме растяжения стальных образцов обусловлены тем, что дислокации, зафиксированные выпавшими частицами нитридов железа, при достижении
предела текучести (S’6) растягивающими напряжениями вырываются из закрепления. Площадка текучести обусловлена движением свободных, вырванных из закрепления дислокаций при постоянном напряжении. Так образуется дефект «перегибы».
Рис. 2-3 иллюстрируют процесс выпрямления витка горячекатаной полосы при разматывании рулона с разматывателя НТА [23]: h - толщина полосы; L0 - длина верхней стороны витка до выпрямления; R0, j0 - радиус и центральный угол витка до выпрямления; Р™ - длина центральной (нейтральной) линии витка до выпрямления; L - длина верхней стороны витка после выпрямления; R1 , j1 - радиус и центральный угол витка после выпрямления; - длина центральной (нейтральной) линии витка после выпрямления.
Длина верхней стороны витка до выпрямления L0 = Rojo. Длина нейтральной линии
витка до выпрямления: Lm = | выпрямления: L = Rj . Длина
R0 -hjo. Длина верхней стороны
нейтральной линии витка после
=(R,- h V
витка после выпрямления:
В результате элементарных вычислений получаем величину степени относительной деформации:
Распределение напряжений по толщине витка полосы линейно относительно текущей
толщины полосы: s = Ee = E
f
J___1_
R R
Л
Условие пластического течения g = g :
Eh
2
f
J____1
R R1
Л
sf.
1J
где Е - модуль упругости материала полосы.
(1)
Рис.3. Деформация витка
Для примера вычислим кривизну и радиус изгиба выпрямляемого витка рулона, радиус которого R = 1000 мм, с полосой толщины h = 3,0 мм, ширины B = 1500 мм и
верхним пределом текучести sR = 270 МПа, при которых в разматываемой полосе начнется образование пластического шарнира. В соответствии с формулой (1) имеем:
1 = 1__2GTy6 = 1 _ 2 • 270 = _J______1_ = 1
R = R0 Eh ~ 1000 200000- 3 = 1000 1111 = 10000.
При максимальном радиусе рулона R0 = 1150 мм:
1 = _1__2s;y6 = _1_ _ 2 • 270 = _1_____1_ = _ 1
R = R Eh ~ 1150 200000-3 = 1150 1111 = 32760.
В этом случае при полном выпрямлении витка условия для образования дефекта «перегиб» не создаются.
При минимальном радиусе R = 425 мм:
= J 2sf = 1 2 • 270 = J___1_ =
R = R Eh ~ 425 200000- 3 = 425 1111 = 688.
Когда в ходе разматывания рулона при выпрямлении витка его радиус кривизны станет равным 10000 мм, в витке начнется образование пластического шарнира. Причем, из-за «зуба» на диаграмме растяжения напряжения в полосе скачкообразно уменьшаются, что ведет к резкому пластическому перелому полосы. Высота «зуба», величина предела текучести Gt , соответствующая площадке текучести, и радиус рулона на разматывателе определяют условия возникновения дефекта «перегиб».
При расчете изгибающего момента под действием натяжения выпрямляемый виток можно уподобить консольной балке с заделанным концом, нагруженной натяжением Т (Рис.4).
Величина изгибающего момента в соответствии с определением:
M = Та.
Вычислим зависимость расстояния а, на которое виток радиуса R1 отойдет от касательной в месте отрыва от рулона, от длины витка x .
Из уравнения окружности получим:
x2 + (Rj - а )2
Rj2 ^ а = R -^Rf - x2 .
Принимая во внимание, что x << R1, получаем а » изгибающего момента запишется следующим образом: M = Т
x
2 R
x
2 R
и тогда выражение для
Кривизна выпрямляемого витка в зависимости от приложенного момента имеет г_., 1 1 M т Bh3
следующую зависимость [24]:-------=-----, где J =--- - момент инерции сечения
Rq R1 EJ 12
полосы; B, h - ширина и толщина полосы.
Определим величину плеча а :
J___1_ = 12Та
R R = EBh3
3 ’
EBh
3 f
1 1
а =-------------. (2)
12Т ^Rq R J
Оценим величину а: натяжение на разматывателе принимаем равным 3,6 тонны, тогда в соответствии с формулой (1) для R = 10000 мм из (2):
20000-1500•27 ( 1 1
а = ■
12 - 3600
Для Rj = 688 мм : а =
1000 10000 20000-1500 - 27
= 16,9мм ; 11
16,9мм.
12 - 3600 у 425 688,
Вычислим длину витка Lв радиуса Rj= 10000 мм, на которой он отойдет на расстояние а = 16,9 мм от касательной в месте отрыва от рулона (рис. 4): для Rj= 10000 мм:
L2 + (10000 - а)2 = 100002; L в = 581 мм; для Rj = 425 мм: L2e +(425 - а)2 = 4252; L в = 118
мм.
Выводы: Разработана методика вычисления расстояния между линиями «перегиба»
на поверхности горячекатаных полос при разматывании в линии НТА.
Литература
1. Бельский С.М., Коцарь С. Л., Поляков Б. А. Расчёт распределения усилия прокатки по ширине полосы и остаточных напряжений в полосе вариационным методом // Изв. вузов. Чёрная металлургия. 1990. № 10. C.32-34.
2. Бельский С.М., Коцарь С.Л., Поляков Б.А. Управление противоизгибом в клетях с осевой сдвижкой рабочих валков// Изв. вузов. Чёрная металлургия. 1992. № 6. C. 15-17.
3. Скороходов В.Н., Мухин Ю.А., Бельский С.М., Мазур С.И. Особенности профилировок рабочих валков для клетей с осевой сдвижкой. Сообщение 1 // Производство проката. 2007. № 12. С. 1719.
4. Скороходов В.Н., Мухин Ю.А., Бельский С.М., Мазур С.И. Особенности профилировок рабочих валков для клетей с осевой сдвижкой. Сообщение 2 // Производство проката. 2008. № 1. С. 21-24.
5. Бельский С.М. О некоторых эффектах применения осевой сдвижки рабочих валков // Производство проката. 2008. № 7. С. 21-24.
6. Bel'skii S.M., Tret'yakov V.A., Baryshev V.V., Kudinov S.V. Investigation of slab width formation in roughing group of broad strip mill // Steel in Translation. 1998. Т. 28. № 1. С. 32-39.
7. Skorokhodov V.N., Chernov P.P., Mukhin Yu.A., Bel'skij S.M. Mathematical model of process of free spreading during strip rolling // Сталь. 2001. № 3. С. 38-40.
8. Бельский С.М. Влияние уширения на остаточные напряжения в полосе при листовой прокатке // Производство проката. 2008. № 5. C.18-22.
9. Мухин Ю.А., Мазур С.И., Бельский С.М., Шунин А.В. Горячая прокатка с обратным температурным клином и стабильность структуры и механических свойств готовых полос // Производство проката. 2013. № 11. C.15-18.
10. Мухин Ю.А., Мазур С.И., Макаров Е.В., Бельский С.М. Математическая модель теплового состояния металла на отводящем рольганге стана горячей прокатки с учетом полиморфного превращения. Сообщение 1 // Производство проката . 2011. № 12 . С. 2-5 .
11. Мухин Ю.А., Мазур С.И., Макаров Е.В., Бельский С.М. Математическая модель теплового состояния металла на отводящем рольганге стана горячей прокатки с учетом полиморфного превращения. Сообщение 2 // Производство проката . 2012. № 1 . С. 14-16 .
12. Шинкин В.Н., Федотов О.В. Расчет технологических параметров правки горячекатаной рулонной полосы на пятироликовой машине линии Fagor Arrasate // Производство проката. 2013. № 9. С. 43-48.
13. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Расчет технологических параметров холодной правки стального листа на девятироликовой машине SMS Siemag металлургического комплекса стан 5000 // Производство проката. 2014. № 5. С. 7-15.
14. Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров правки стального листа на
одиннадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката. 2014. № 8. С. 26-34.
15. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процесса формовки заготовки для труб большого диаметра // Сталь. 2011. №1. С.54-58.
16. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Формовка листовой заготовки в кромкогибочном прессе и условие возникновения гофра при производстве труб магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011.№4. С.14-22.
17. Шинкин В.Н. Математическое моделирование процессов производства труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. Т.4. №4 (62). С.69-74.
18. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процессов экспандирования и гидроиспытания труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. №10. С.12-19.
19. Шинкин В.Н., Мокроусов В.И. Критерий разрыва труб газонефтепроводов при дефекте «раскатной пригар с риской» // Производство проката. 2012. №12. С.19-24.
20. Шинкин В.Н., Барыков А.М., Коликов А.П., Мокроусов В.И. Критерий разрушения труб большого диаметра при несплавлении сварного соединения и внутреннем давлении // Производство проката. 2012. №2. С. 14-16.
21. Шинкин В.Н. Критерий перегиба в обратную сторону свободной части листовой заготовки на трубоформовочном прессе SMS MEER при производстве труб большого диаметра // Производство проката. 2012. №9. С.21-26.
22. ГОСТ 21014-88. Прокат черных металлов. Термины и определения дефектов поверхности. Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам.
23. Бельский С.М., Мухин Ю.А., Чеботарева С.В. Характерные признаки дефекта «перегибы» на поверхности горячекатаной полосы из стареющей стали // Производство проката. № 11. 2011. C.2-5.
24. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов. Простые и сложные виды деформаций в металлургии. - М: Изд. Дом МИСиС, 2008. - 307 с.
