Главная
Новости
Статьи
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон





















Яндекс.Метрика

Горячая прокатка листов из титана


Горячая прокатка титана так же, как и других металлов и сплавов, представляет головную операцию в технологическом процессе производства листовых полуфабрикатов. Методом горячей прокатки изготавливают плиты, листы, заготовку для производства тонких листов карточным способом и рулоны толщиной 3,5—6 мм; принципиальная технологическая схема процессов приведена на рис. 58, а состав оборудования и последовательность технологических операций — на рис. 59 и 60.
Несмотря на особенности свойств титана и его сплавов, их нагрев и горячая прокатка могут быть осуществлены на оборудовании для прокатки сталей и тяжелых цветных металлов (никеля, меди и их сплавов). Однако для нагрева титановых сплавов перед горячей прокаткой следует применять нагревательные устройства, обеспечивающие минимальную продолжительность нахождения горячего металла в контакте с воздухом и в особенности с агрессивными по отношению к титану водяными парами, а также другие меры для уменьшения вредного влияния внешней среды.

Надежная защита от окисления обеспечивается при нагреве металла в вакуумных печах или в печах с защитной атмосферой, в качестве которой используют инертные газы — аргон или гелий.
В настоящее время для нагрева слябов широко используют рольганговые электрические печи сопротивления. Такие печи эффективны для нагрева металла до температур 1000—1050° С. Для нагрева металла до более высоких температур, требуемых для обработки высокопрочных сплавов, используют методические газовые печи.
Наиболее эффективный способ, используемый для уменьшения газонасыщения и окалинообразования при нагреве, — максимально возможное снижение температуры нагрева металла под прокатку с одновременным сокращением продолжительности пребывания металла в печи. Такой подход к повышению качества горячего проката наиболее эффективен для технического титана и низколегированных титановых сплавов, обладающих пониженными характеристиками прочности и невысокой интенсивностью упрочнения. При нагреве под прокатку сплавов, обладающих повышенной прочностью, снижение температуры нагрева недопустимо ввиду резкого возрастания сопротивления металла деформации и одновременной потери пластических свойств.
Температуры нагрева под прокатку t некоторых сплавов приведены ниже:

Исходя из условий теплопередачи излучением в пламенных и электрических печах, А.Е. Шелест предложил формулу для расчета продолжительности нагрева заготовок с заданным перепадом температур 30—40° С между центром и поверхностью заготовки:
Горячая прокатка листов из титана

где т — продолжительность нагрева, мин;
H — толщина сляба, м;
t — средняя температура нагрева, °C;
С — коэффициент, величина которого зависит от формы заготовки и способа подвода тепла (при плоской заготовке и нагреве в пламенной методической печи С = 0,8).
Сопоставление расчетной и необходимой длительности нагрева, определенной опытным путем, дало хорошую сходимость.
Перспективными устройствами для нагрева слябов титановых сплавов перед горячей прокаткой являются индукционные печи промышленной частоты с нейтральной атмосферой.

В индукционных печах слябы размерами 170— 190х1070х1600 мм из сплавов BT1-0 и ОТ4-1 нагреваются до 860 и 950° С соответственно за 45 мин, а слябы из сплава ВТ20 нагреваются до 1200° С за 65 мин, что в 4—4,5 раза быстрее нагрева в пламенных и радиационных электрических печах. На рис. 61 приведено распределение температуры по объему сляба сплава ВТ20 в процессе нагрева в индукционной печи с плоским индуктором.
При нагреве слябов под прокатку в качестве защиты от окисления в некоторых случаях используют стеклоэмали или алитирование. Слябы в-сплавов перед нагревом под прокатку плакируют. Плакировка одновременно выполняет две функции. С одной стороны, она предохраняет поверхность заготовки от наводороживания при нагреве и последующем травлении металла, а с другой — предотвращает окисление основного металла сляба и образование трещин при прокатке.
Для поддержания достаточно высокой температуры длинной и тонкой полосы в последних проходах горячей прокатки с передней и задней сторон чистовых клетей устанавливают туннельные печи, встроенные в линию прокатки, или используют станы с печными моталками.
Для прокатки тонких листов в настоящее время применяют реверсивные станы горячей прокатки. Типичный реверсивный стан горячей рулонной прокатки имеет две клети — обжимную реверсивную универсальную клеть и чистовую реверсивную клеть четырехвалковую с моталками, расположенными в печах (рис.62). На обжимной клети слябы, нагретые до температуры прокатки, прокатывают до толщины около 25 мм и по рольгангу передают к чистовой клети. Первый этап прокатки толстой полосы проводят в расстил, т. е. на рольгангах.
При достижении полосой толщины 10—13 мм ее принимают на одну из моталок, находящихся в печи. Прокатанная и смотанная на моталку лента выходит из валков, но не выпускается из натяжных роликов, размещенных между клетью и моталкой; стан реверсируют и задний конец ленты заправляют на вторую моталку. Операцию подачи ленты в моталки осуществляют с помощью откидных направляющих, встроенных в рольганги стана под моталками. После нескольких проходов ленту толщиной 1,5—3,5 мм выпускают из моталки на рольганг и она поступает к сматывающему устройству.
Подогревательные печи, расположенные над моталками, позволяют осуществлять горячую прокатку титановой ленты очень малых толщин (0,8—1,5 мм) с большими обжатиями и хорошим качеством боковой кромки, так как в процессе прокатки металл почти не остывает.
Применение заднего и переднего натяжений на горячем реверсивном стане позволяет получить тонкую ленту с хорошим качеством выкатки. Реверсивные станы по сравнению с непрерывными и полунепрерывными характеризуются меньшей стоимостью и требуют меньших площадей. Поэтому они оказались наиболее пригодными для прокатки титановой ленты и полос.
Из отечественных станов для горячей прокатки слябов титановых сплавов массой до 4000 кг наиболее широко применяется двуклетевой четырехвалковый заготовительный реверсивный стан, характеристика которого приведена ниже (черновая клеть — четырехвалковая с эджерами, чистовая — четырехвалковая).

Около черновой клети обычно устанавливают нагревательные печи индукционные и сопротивления для нагрева, термостатирования и подогрева полос в процессе их прокатки.
Черновая клеть, как правило, оборудована эджером, поворотным столом, автоматическими направляющими линейками и толкателями, а также адьюстажем для приема и разделки толстых листов и плит. В рольганги адъюстажа встроены: гильотинные ножницы для обрезки концов и разрезки полосы на части; дисковые ножницы для обрезки кромки листов толщиной до 12 мм; агрегат для газовой резки кромок толстых плит; роликовые правильные машины, листоукладчики и шлеппер для передачи полос толщиной 12—25 мм для последующей прокатки их в чистовой клети до толщины 3—5 мм.
В подводящий и отводящий рольганги чистовой клети встроены туннельные электрические печи сопротивления для подогрева и поддержания температуры длинной и тонкой полосы в процессе прокатки.
В конце отводящего рольганга чистовой клети установлены гильотинные ножницы для обрезки концов и разрезки полосы на карточки, дисковые ножницы для обрезки кромок, роликовая правильная машина, листоукладчик и машина для свертки полосы в рулон.
Кроме специализированных станов для горячей прокатки толстых листов и плит титановых сплавов, используют толстолистовые станы заводов черной металлургии.
Требования к размерам сляба, поступающего для прокатки на заготовительный стан, определяются технологическими параметрами и технической характеристикой стана горячей прокатки. Максимальная ширина заготовки однозначно определяется как функция длины бочки валков L: bmax = L—(100/400) мм.
Минимальная ширина полосы определяется минимальным расстоянием между направляющими линейками стана. При налаженном технологическом процессе выгоднее вести прокатку полос максимальной ширины, так как прокатка узких полос для листов шириной 500, 600, 700 и 800 мм на широкополосных станах нецелесообразна из-за снижения производительности. Целесообразнее вести прокатку полос сдвоенной ширины с последующей их продольной разрезкой на дисковых ножницах. Такая прокатка позволяет использовать слябы большой массы.
Ширина сляба bc связана с шириной готовой полосы b зависимостью: bc = b+Abп—Abу, где Abп, Aby— соответственно припуск на обрезь кромок и уширение; Aby — может быть рассчитано с достаточной точностью по формулам, приведенным в работе.
При наличии эджера или универсальной клети Abу=0 и bс=b+Abп.
Припуск на кромки Abп пропорционален диаметру валков и аппроксимируется уравнением:
Abп = 0,0834D.

Отходы на кромки при диаметре валков 750 мм равны 62,5 мм, или около 4% для листа шириной 1500 мм.
В случае хорошей кромки листа и последующей прокатки на валках меньшего диаметра величину Abп можно уменьшить с учетом пределов поля допуска на толщину. Если нижний предел допустимой толщины листа отличается от его среднего значения на половину поля допуска, Abп может быть уменьшена до значения:

где bк — ширина зоны утонения кромки;
hс — толщина полосы по середине раската (максимальная);
hк — толщина полосы по кромке (минимальная).
Основными вопросами технологии прокатки, в частности горячей прокатки, являются:
1) наиболее полное и рациональное использование энергосиловых возможностей прокатного стана;
2) возможно более полное использование угла захвата при горячей прокатке;
3) выбор оптимальных температурно-деформационных режимов — температуры металла, степени, продолжительности и скорости деформирования, обеспечивающих высокое качество горячего подката.
Режим обжатий устанавливают так, чтобы максимально использовать мощность стана и исключить образование трещин и разрывов деформируемого металла, т. е. не допускать обжатий, превышающих ресурс пластических свойств металла. Поэтому при проведении технологических расчетов используют данные о сопротивляемости металла и его пластичности во всем диапазоне температур горячей прокатки.
В табл. 18 приведен расчет схемы обжатий горячей прокатки слябов BT1-0. Для сравнения в этой же таблице приведены экспериментальные данные.

Отклонение расчетных удельных давлений от фактических в среднем составляет 14%, что совпадает с ошибкой опыта при определении базовых значений сопротивления деформации, вычисленной на ЭВМ «Наири» и равной 11—13%.
В случае горячей прокатки на нереверсивных двухвалковых станах имеет место еще большее снижение температуры полосы в процессе прокатки вследствие длительных пауз при передаче полосы через валок, что сопровождается резким ее охлаждением перед последними проходами. Чтобы заканчивать прокатку при более высокой температуре, необходимо повысить температуру слябов перед началом прокатки. Однако это приводит к образованию на поверхности титана окалины значительной толщины и хрупкого газонасыщенного слоя, ухудшающего качество поверхности листов и резко снижающего пластичность металла.
Следует отметить особенности прокатки некоторых сплавов. Так, несмотря на высокую температуру нагрева слябов из сплава ВТ5-1, горячая прокатка проходит с некоторым увеличением давления в последних проходах. Выравнивание давлений за счет повышения обжатий в первых и средних проходах оказалось невозможным, поскольку это ведет к появлению трещин в газонасыщенном слое и распространению их в глубь металла. По этой же причине при прокатке слябов из сплава ВТ14 деформацию за проход обычно ограничивают значениями 18—22%.
Особое значение для практики представляет расчет температуры металла при горячей прокатке полос титановых сплавов.
Слой окалины, возникающий на поверхности слябов титановых сплавов при нагреве в печах с воздушной атмосферой и в газопламенных печах, интенсивное окисление поверхности полос при горячей прокатке, а также перепад температуры по толщине заготовок вследствие низкой температуропроводности этих сплавов затрудняют определение истинной температуры металла по сечению заготовки.
При теплопроводности титана (выше 800° С) 3,7 кал/(кг*град), теплоемкости 0,165 кал/(кг*град) и плотности 4,5 т/м3 получено видоизмененное уравнение А.Г. Стукача для расчета изменения температуры титана при горячей прокатке:

где h0 и h1 — начальная и конечная толщина полосы в проходе соответственно, мм;
т — продолжительность прохода, с;
T — температура прокатки, К;
Pср — среднее удельное давление прокатки, кгс/мм2.
Для достижения высокого уровня механических свойств и наилучшей структуры горячекатаных листов для большинства титановых сплавов необходимо вводить паузы в темпе прокатки, чтобы охладить металл до определенной температуры. Продолжительность паузы тп для достижения требуемой температуры захолаживания может быть установлена по показаниям пирометра или рассчитана по формуле

где ATп — падение температуры за время паузы, К;
h1 — толщина полосы, мм;
T — температура полосы после прохода, К.
Толстые листы и плиты толщиной 12—60 мм из а+в-титановых сплавов, изготовленные по ранее существовавшей технологии, имели низкий уровень механических свойств, особенно в термоупрочненном состоянии (низкие значения относительного удлинения и сужения). С целью повышения механических свойств и улучшения структуры было введено захолаживание полосы на рольганге до температуры 700—750° С с последующей деформацией 30—35%. Введение низкотемпературной деформации существенно улучшило структуру и механические свойства листов. Относительное удлинение металла в термоупрочненном состоянии, прокатанного с захолаживанием, возросло с 0,9—4,0% до 4—9%, относительное сужение возросло в 1,5 раза. Однако практика показала, что захолаживание — процесс трудно контролируемый, причем существует большой температурный градиент по сечению листа, что в свою очередь способствует развитию структурной неоднородности и разбросу механических свойств. В связи с этим был разработан принципиально новый термомеханический режим горячей прокатки толстых листов с «прерыванием» процесса прокатки по схеме:
а) горячая прокатка слябов при температуре вблизи верхней границы а+в-области на промежуточную толщину;
б) охлаждение подката до комнатной температуры;
в) нагрев подката до температур 850—920° С;
г) горячая прокатка на готовую толщину с деформацией не менее 40%.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: