Производство листа с высококачественной поверхностью

Мазур В.Л.

Техника, 1982 г.

Для устойчивого захвата полосы валками необходимо, чтобы ширина участков с высокой шероховатостью равнялась либо превышала длину дуги контакта (захвата) валка с прокатываемым металлом. Участки поверхности бочки валка с минимальной высотой микронеровностей могут быть такой же ширины, как и участки поверхности бочки валка с максимальной высотой микронеровностей. Возможно также увеличение или уменьшение их ширины для усиления или ослабления эффекта снижения энергосиловых параметров прокатки.

Наряду со снижением уровня энергосиловых параметров процесса прокатки, выполнение шероховатости поверхности валков в виде чередующихся участков с различной высотой микронеровностей, расположенных параллельно образующей бочки, обеспечивает повышение стойкости валков. При дробеструйной обработке поверхности валков для нанесения высокой шероховатости возрастает уровень напряжений в поверхностных и приповерхностных слоях бочек валков. Эти напряжения являются очагами зарождения трещин, приводящих к разрушениям поверхности и выходу валков из строя. Уменьшение вдвое площади поверхности, подвергаемой дробеструйной обработке, благоприятно отражается на напряженном состоянии валков, увеличивает их стойкость, уменьшает расход валков на производство единицы прокатной продукции.

Важную роль шероховатость поверхности валков играет при прокатке листов из нержавеющей стали. В настоящее время на металлургических заводах поштучная холодная прокатка листов из нержавеющих сталей ферритного (08X13, 08X171 и др.), аустенито-ферритного (12Х21Н5Т и др.), аустенитного (08Х18Н10Т, Ι2Χ18Η10Τ и др.) классов ведется по схеме: 1) черновая прокатка в валках с гладкой (шлифованной или полированной) поверхностью бочки; 2) перевалка рабочих валков; 3) чистовая прокатка в валках с гладкой поверхностью бочки.

Таким образом, прокатка листов как в чистовых, так и в черновых проходах осуществляется в валках с одинаковым состоянием поверхности (гладкой поверхностью). Подобная технология имеет ряд недостатков. В частности, при прокатке в шлифованных (полированных) валках из-за низкого коэффициента трения валки пробуксовывают. При этом частицы прокатываемого металла налипают на рабочую поверхность валков, особенно при захвате листов в первых проходах, при относительно большой толщине заготовки и больших частных обжатиях. В процессе дальнейшей прокатки дефекты поверхности валков отпечатываются на поверхности листов и ухудшают их качество и товарный вид. Из-за грубых дефектов (наваров) сокращается эксплуатационная стойкость валков, что влечет за собой внеплановые перевалки валков и снижение производительности стана.

Отмеченные отрицательные эффекты не наблюдаются при прокатке нержавеющей стали по технологии, разработанной на заводе «Запорожсталь». Согласно этой технологии, в чистовых проходах металл деформируют в валках с однонаправленной продольной шероховатостью, равной 0,01--0,1) величины шероховатости валков для черновых проходов, а в черновых проходах — в валках с шероховатостью произвольного типа. Под однонаправленной продольной шероховатостью здесь понимается шероховатость с неровностями в виде прямолинейных рисок, направленных вдоль (параллельно) прокатки (перпендикулярно к образующей бочки валка). Шероховатость с произвольным типом направления неровностей — это шероховатость, неровности которой имеют различные направления по отношению к образующей бочки рабочего валка (ГОСТ 2789—73). Шероховатость произвольного типа характеризуется изотропными свойствами в различных направлениях. Таким образом, прокатку листов в черновых и чистовых проходах ведут в валках с различной направленностью шероховатости, т. е. в валках с различной фактурой микрорельефа поверхности, с различными типами расположения микронеровностей.

Применение в черновых проходах при полистной холодной прокатке нержавеющей стали валков с грубой шероховатостью произвольного типа обеспечивает большие значения коэффициента трения и высокую захватывающую способность валков. При чистовых проходах в процессе прокатки листов из нержавеющих сталей следует обеспечить снижение энергосиловых параметров (усилия прокатки, момента прокатки, расхода энергии) и максимальную гладкость поверхности. Во многих случаях поверхность листов из нержавеющей стали после прокатки подвергают шлифовке и полировке до высокого класса чистоты [491. Поэтому после прокатки в чистовых проходах поверхность листов должна иметь минимальную шероховатость. Поскольку при прокатке в чистовых проходах листы уже имеют сравнительно небольшую толщину, трудностей с захватом их валками не возникает. Следовательно, для уменьшения шероховатости поверхности листов в процессе прокатки необходимо применять валки с весьма гладкой поверхностью. Наиболее благоприятные условия для сглаживания шероховатости поверхности стали создаются при однонаправленном микрорельефе валков с ориентацией рисок вдоль оси прокатки, так как в этом случае в очаг деформации попадает минимальное количество смазки.

Опыт завода «Запорожсталь» показывает, что при использовании на стане 2800 валков с грубой шероховатостью произвольного тина для черновых проходов и относительно гладких валков, имеющих однонаправленную шероховатость поверхности с расположением рисок вдоль прокатки, в чистовых проходах повышаются стойкость валков, производительность стана и улучшается качество листов из нержавеющей стали. Повышение производительности достигается за счет увеличения частных обжатий и соответственно уменьшения количества проходов при черновой прокатке. Это возможно благодаря улучшению захвата листов рабочими валками с грубой шероховатостью. Качество поверхности листов улучшается в результате уменьшения буксования рабочих валков при захвате листов и, как следствие, уменьшения дефектов («риски» и «отпечатки», «волчки», «царапины») на поверхности листов. По этой же причине валки меньше повреждаются, повышается их стойкость, снижается расход на производство единицы объема продукции.

Шероховатость поверхности влияет на штампуемость листовой стали, и, следовательно, подбором оптимального микрорельефа можно существенно уменьшить отходы металла в брак в процессе его переработки у потребителей (2; 14; 54; 83].

Применением оптимальной шероховатости листовой продукции можно сократить расход металла на покрытие изделий (541. Еще одно подтверждение это положение нашло в технологии производства офсетных форм, при изготовлении которых на поверхности листа наносится триметаллическое покрытие. Чтобы обеспечить минимальный расход материала компонентов покрытия и увеличить тиражеустойчивость форм при офсетной печати, шероховатость поверхности исходного листа не должна превышать 0,2 мкм по параметру Ra. Способ получения листов для офсетной печати из низкоуглеродистой конструкционной стали с указанной шероховатостью, разработанный под руководством А. Ф. Пименова в Центральном научно-исследовательском институте черной металлургии, включает холодную прокатку, отжиг и дрессировку. Отличительная особенность технологии состоит в том, что дрессировку металла осуществляют в валках с различной шероховатостью поверхности по проходам: в I проходе Ra = 0,3...0,5 мкм; во II — 0,08—0,10 мкм; в III — 0,05—0,08 мкм; в IV — 0,04— 0,05 мкм. Обжатие за проход должно находиться в пределах 0,1—0,3%.

Среди методов воздействия на микрорельеф поверхности металла следует отметить метод сдвоенной прокатки. При производстве фольги, например, путем сдвоенной прокатки можно получать фольгу, имеющую блестящую поверхность с одной стороны и матовую — с другой [94].

Некоторые эффекты шероховатости поверхности листовой стали обнаружены в последнее время.

Ранее отмечалось [541, что в результате применения грубошероховатых валков при дрессировке горячекатаных полос перед травлением можно существенно увеличить скорость удаления с них окалины. Последующие исследования, выполненные в промышленных условиях на непрерывно-травильных агрегатах в линии стана 2500 Магнитогорского металлургического комбината , показали, что применение насеченных шероховатых валков (Ra = 4,5 мкм) положительно влияет также на стравливание плотной окалины с поверхности малоуглеродистой стали. Следует ожидать, что дрессировка горячекатаных полос перед травлением в насеченных валках найдет промышленное применение.

Влияние шероховатости поверхности на коррозионную стойкость листовой стали отмечено в работе. Однако единства взглядов на эту проблему у специалистов листопрокатного производства до последнего времени не было. Теоретические представления о механизме коррозии, согласно которым при гладкой поверхности коррозионная стойкость металла должна быть выше, так как защитные пленки на тонко обработанной поверхности более совершенны, чем на грубошероховатой, не подтверждались практикой. Опыт металлургических заводов, например Череповецкого, показывает, что при производстве тонколистового релейного металла с полированной поверхностью (Ra = 0,32...0,63 мкм) на последних переделах в цехе холодной прокатки (после дрессировки и порезки на листы) он корродирует интенсивнее, чем сталь 08кп с обычной для холоднокатаного металла шероховатостью поверхности (Ra = 1...2,5 мкм). Одна из причин этого состоит в том, что на полированной поверхности стали при прокатке и дрессировке образуется более тонкая масляная пленка [11. Вопросы расчета оптимального расхода консервирующей смазки при промасливании листов и полос рассмотрены в работе.