Технические науки - механика

Усенко Ю. И., Иванов В. И., Нестеренко Т. Н., Тарасов В. К.

Запорожская государственная инженерная академия

НАНЕСЕНИЕ МИКРОРЕЛЬЕФА НА ПОВЕРХНОСТЬ ХОЛОДНОКАТАНОЙ ПОЛОСЫ

При рекристализационном отжиге в колпаковых печах наблюдается достаточно плотный контакт поверхности соседних витков рулонов стальной холоднокатаной полосы, что сопровождается появлением в металле явления межвиткового сваривания. Как следствие, при последующей размотке рулонов перед дрессировочными станами на металле имеют место рванины и линии излома.

Известно [1], что на величину межвиткового сваривания рулонов существенное влияние оказывает микрорельеф поверхности холоднокатаной полосы. Установлено, что наиболее низкой склонностью к свариванию характеризуется металл с микрорельефом, состоящим из равномерно расположенных микровпадин и микровыступов заданной глубины и высоты. Такую микрогеометрию поверхности металла получают при наличии соответствующего микрорельефа на поверхности рабочих валков станов холодной прокатки.

Для обеспечения необходимого уровня шероховатости широко применяют электрофизические методы обработки поверхностей с использованием управляемых источников постоянного тока [2,3]. Среди них особое место занимает электроразрядная обработка в импульсном режиме, которую осуществляют в среде диэлектрической жидкости, заполняющей пространство между электродом-инструментом и электродом-обрабатываемым изделием. Такая технология позволяет получать высококачественные поверхности с широким диапазоном шероховатости и глубины упрочнения, а также характеризуется высокой производительностью процесса.

На стенде, разработанном в Национальной металлургической академии Украины (НМетАУ) и позволяющем моделировать процесс обработки валков станов холодной прокатки с использованием электроразрядного метода в импульсном режиме, выполняли комплекс экспериментальных исследований, направленных на получение микрорельефа с заданными параметрами шероховатости.

Эксперименты показали, что при сближении поверхности электродов-инструментов и валков, вращающихся с постоянной скоростью, до расстояния нескольких десятков микрометров в месте наименьшего промежутка между ними происходит электрический разряд, под действием которого создается канал проводимости, заполненный нагретым веществом (плазмой). При прохождении разряда около канала проводимости создается газовая полость из пара жидкости и металла, которая под действием высокого давления стремится расшириться, сжимая окружающую ее газовую фазу. На внешней границе данного канала создается фронт уплотнения, где величина давления скачкообразно возрастает от исходного значения в жидкости до значительной величины на границе. В момент приближения размеров газовой полости к максимальной величине, а ее внутреннего давления - к минимальному значению жидкий металл выдавливается из промежутка между электродами, охлаждается в диэлектрической жидкости и застывает в виде отдельных мелких частиц сферической формы.

На рабочей поверхности обрабатываемого прокатного валка образуется микровпадина сферической формы. После прохождения разряда происходит нейтрализация заряженных частиц и последующее восстановление диэлектрических свойств рабочей жидкости. Следующий разряд, как правило, наблюдается в новом месте, между другими ближайшими точками электрода-инструмента и электрода-поверхности валка. Под действием серии электрических разрядов поверхность рабочего валка покрывается микровпадинами, которые формируют высококачественный равномерный матовый микрорельеф с шероховатостью 0,8…20,0 мкм и достаточно высокой плотностью микровыступов (до 90…100 на 10 мм длины микропрофиля).

В НМетАУ вместе с Запорожской государственной инженерной академией разработаны и изготовлены двух- и четырехместные станки типа СЭИ, предназначенные для электроразрядной обработки в импульсном режиме поверхности рабочих валков станов холодной прокатки полосы.

Основными частями станков служат генератор электрических импульсов постоянного тока, состоящий из двадцати пяти контуров, и система пластинчатых медных электродов-инструментов, свободно расположенных в кассетах из диэлектрического материала (по три кассеты на одно изделие). Высокочастотный генератор импульсов обеспечивает возможность регулирования его рабочих параметров (частоты и длительности поступления электрических импульсов, а также напряжения на рабочих электродах) в широких пределах.

При электроразрядной обработке прокатных валков рядом с образованием шероховатости наблюдается значительное упрочнение тонкого поверхностного слоя металла за счет легирования его продуктами испарения электродов-инструментов и пиролиза диэлектрической жидкости, а также высокоскоростной закалки микроскопических объемов металла, расположенных в зоне действия электрических разрядов.

Результаты промышленных испытаний рабочих валков станов холодной прокатки стальной полосы, подвергнутых электроразрядной обработке на станках СЭИ-1 и СЭИ-2, на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», показали, что применение предложенной технологии позволяет, с одной стороны, в 1,5…2,0 раза повысить срок службы рабочих валков чистовых и предчистовых клетей прокатных станов, а с другой, практически полностью исключить возможность сваривания витков рулонов холоднокатаной полосы, отжигаемых в ковпакових электропечах.

Защитные покрытия на таком металле имеют высокую адгезию, равномерность нанесения по длине и ширине полосы, а также стойкость при работе в агрессивной среде. Получение изотропных поверхностей с заданным уровнем шероховатости и глубины упрочнения позволяет обеспечить минимальные расходы материалов защитного покрытия и высокое его качество.

При реконструкции механической части станка типа СЭИ достигнута возможность его перевода на электроразрядную обработку рабочей поверхности валков дрессировочных станов.

Рассмотренный метод позволяет изменять структуру и физико-механические свойства рабочей поверхности валков в широком диапазоне, варьируя материал электрода и параметры обработки, что обеспечивает его широкое применение на металлургических предприятиях для нанесения заданных параметров шероховатости на поверхность стальной холоднокатаной полосы.

Литература:

1. Мелешко В. И. Прогрессивные методы прокатки и отделки листовой стали / В. И. Мелешко, А. П. Качайлов, В. Л. Мазур. – М. : Металлургия, 1980. – 192 с.

2. Бирюков Б. И. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки / Б. И. Бирюков. – М. : Машиностроение, 1981. – 127 с.

3. Применение электроискрового способа для обработки валков станов горячей прокатки / С. И. Рудюк, В. М. Щекин, А. С. Рудюк и др. // Сталь. – 1983. – № 5. – С. 51-54.