Совершенствование прокатки прутков из титанового сплава ВТ16 с устранением перегрузки стана посредством оптимизации калибровки валков Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

— ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ —

Научный редактор раздела докт. техн. наук В.Л. Бережной

УДК 621.771.25:669.295

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОКАТКИ ПРУТКОВ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ16 С УСТРАНЕНИЕМ ПЕРЕГРУЗКИ СТАНА ПОСРЕДСТВОМ ОПТИМИЗАЦИИ КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ

Ю.М. Сигалов, канд. техн. наук, Ю.Б. Бахтинов, канд. техн. наук, В.М. Комаров, А.Н. Козлов (ОАО ВИЛС, е-та11:1^о@оаоу11з.ги)

Проведено исследование высокотемпературной прокатки титанового сплава ВТ16 на черновой линии 500 стана 250 ОАО ВИЛС, которое показало, что исходная заготовка по действующим режимам деформации прокатывается с перегрузкой электродвигателя. Предложена новая технологическая схема с оптимальной калибровкой валков для прокатки с устранением перегрузки оборудования черновой линии стана по энергосиловым параметрам.

Ключевые слова: прокатка титановых прутков, энергосиловые параметры, температура полиморфного превращения, инженерные расчеты, «мягкие» режимы деформации.

VT16 Titanium Alloy Bar Rolling Improvement Allowing Avoidance of Mill Overload due to Optimization of Roll Pass Design. Yu.M. Sigalov, Yu.B. Bakhtinov, V.M. Komarov, A.N. Kozlov.

Investigation of high-temperature rolling of VT16 titanium alloy in a 500 roughing train of 250 mill at VILS Stock Co has been carried out. The investigation showed that rolling of an initial bar-mill feed carried out in accordance with existing deformation conditions was accompanied by overload of the electric motor. A new technological schedule including optimum roll pass design resulted in avoidance of overloading of the roughing mill train equipment in terms of power parameters is offered for rolling.

Key words: titanium bar rolling, power parameters, polymorphic transformation temperature, engineering design, mild deformation conditions.

На черновой линии 500 стана 250 ОАО ВИЛС при прокатке прутков из высокопрочного титанового сплава ВТ16 применяют высокотемпературную деформацию выше температурной границы полного полиморфного превращения сплава (ТПП) на 120 °С. Провели расчет энергосиловых параметров для температуры начала прокатки 1000 °С и скорости прокатки Ув=2 м/с по методике, изложенной в работе [1]. Схема действующей калибровки валков черновой линии 500 (клеть 1) приведена на рис. 1. Расчеты показали, что заготовка 0 130 мм по действующей калибровке прокатывается с перегрузкой электродвигателя до 21 % (^=664 кВт>[550] кВт).

Для устранения выявленного недостатка предложено оптимизировать действующую калибровку путем перераспределения величины абсолютного обжатия в калибре 1 (см. рис. 1) на два смежных калибра 1 а и 1 б (рис. 2) с заменой ребрового калибра 8 (см. рис. 1) на круглый для прокатки прутков 0 48 мм (рис. 2). Из сравнения рис. 1 и 2 видно, что во втором случае обеспечивается режим более «мягкой» деформации при меньших энергозатратах.

Уменьшение величины абсолютного обжатия и скорости прокатки по проходам позволяет снизить температуру начала прокатки высокопрочного титанового сплава ВТ16 при сохранении требуемой структуры металла.

Рис. 1. Схема действующей калибровки валков клети Рис. 2. Предлагаемая схема калибровки валков черновой трио 500 стана 250 линии 500 сортового стана 250 ОАО ВИЛС

Произведем расчет энергосиловых параметров для новых условий прокатки, а именно: температура нагрева заготовки 930 °С; скорость прокатки 1,0 м/с.

Определим обороты валков по калибровке:

60\л

60 1,0

тгД 3,14-0,53

36 об/мин,

I

_

86,1

• = 0,76<1,0.

hCi 0,5(131,3+95) Коэффициент напряженного состояния

Г, °'4 Ж.

V е1 /

= 0,76~0,4 =1,11.

Контактная площадь Рк1 =0,5(с(0 + в1)/Д1 =0,5(131,3+143,7)86,1 =

= 11838 мм2, где в1=143,7 мм - ширина овала.

Коэффициент приложения плеча равнодействующей усилия прокатки на валки

Cf

ч

I

-^--0,15

V ci У

3,l(0,15-l^/hj

+ 0,35 =

: 2,45^5(0,76-0,15)езд(а15-а7б) + 0,35 = 0,785 ^

= 0,44.

Скорость деформации [1]

Д1

\nXj_ = In 1,26= 2,6 с"1,

где Д=530 мм - диаметр валков. Определим катающий радиус:

=Я0+0,5{1-0,5^1а/С^ = 265+0,5-10-0,5-9570,785 =231,4 мм ,

где ^=10 мм - величина зазора валков; /1±=95 мм - толщина овала;

Сг± =0,785 - коэффициент формы двухра-

диусного овала. Определим длину дуги захвата:

= 7231,4(131,370,785 - 9570,785)= 86,1 мм,

где СГо =0,785 - коэффициент формы круга; сУ0=131,3 мм - диаметр круглой заготовки в горячем состоянии.

Этот случай прокатки характеризуется следующим.

Параметр прокатки

где

К

0,086 Cfd0 0,785 131,32

= 1,26

Cfi в^ 0,785 143,7-95 - коэффициент вытяжки в первом калибре; vB| =1,0 м/с - скорость прокатки. Среднее давление

PCi =1,150°^! =1,15-1,26-98 = 125 МПа,

где а.,=98 МПа - сопротивление деформации сплава ВТ16 при температуре прокатки 930 °С и скорости деформации и1=2,6 с-1, по данным работы [2].

Усилие прокатки

Р^РсД =12,5-11838=

=148 тс=1,48 МН<[1,52] МН, где [1,52] МН - допустимое усилие прокатки. Момент прокатки

М1 =2.щР^ =2-0,44-148-0,086 = =11,2 тс-м=112 кН-м<[160] кН-м, где [160] кН-м - допустимый момент прокатки.

Мощность прокатки

Млпл 11,2-36 „ гг-г-п

Л/ = 1 1 =—--= 413 кВт < 550 кВт,

Дв1 0,975 0,975

где [550] кВт - допустимая мощность электродвигателя. Электродвигатель загружен на

413 550

100 = 75 %.

Проведенные анализ и исследования параметров прокатки титанового сплава ВТ16 для изготовления прутков повышенной прочности с требуемой структурой показали, что для максимального удовлетворения требований Заказчика можно применить более бла-

гоприятную схему напряженно-деформируемого состояния на черновой линии 500, например, в условиях «мягкого» режима деформации.

На рис. 2 приведены «мягкие» режимы деформации с получением круга 0 48±

0,6 од

мм

то дальнейшую деформацию круга 0 48 мм на прутки 0 8 мм со степенью деформации

из заготовки 0 130 мм в девяти калибрах действующей трехвалковой клети черновой линии 500 стана 250 ОАО ВИЛС.

Для формирования требуемой структуры металла необходимо осуществить суммарную степень деформации не менее ег=70 %. Учитывая, что «мягкий» режим низкотемпературной прокатки круглых прутков 0 48±°'® мм из заготовки 0 130 мм будет осуществляться со степенью деформации

следует рассматривать как дополнительный фактор повышения качества зеренной структуры (фактор дополнительного измельчения зерна) путем прокатки прутков и проволоки в трехвалковых калибрах с всесторонним обжатием .

Заключение

В результате проведенных исследований и расчетов предложены режимы «мягкой» деформации высокопрочного титанового сплава ВТ16 и оборудование для осуществления этих режимов, которые не потребуют перегрузки оборудования и обеспечат высокую точность размеров, чистоту поверхности, получение необходимой структуры металла и снижение себестоимости продукции за счет сокращения отходов металла.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сигалов Ю.М., Бахтинов Ю.Б., Козлов А.Н.

Пути расширения сортамента и снижения себестоимости прутков и проволоки из титановых сплавов//Технология легких сплавов. 2010.

№ 4. С. 73-79. 2. Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозе-

ров А.П. и др.//В кн.: Полуфабрикаты из титановых сплавов. - М. ВИЛС, 1996. - 581 с.