Research of distribution of plastic deformation on thickness of steel strips

Full Text

Надежность работы конструкций, изготовленных из горячекатаных стальных листов, существенно зависит от равномерности структуры и свойств стали по толщине листов. Поэтому при прокатке стальных полос и листов важен характер распределения пластической деформации по их толщине. Изучению локализации деформации при горячей листовой прокатке посвящены работы многих авторов [1, 2, 3] и др. Известно, что основное влияние на распределение деформации по толщине прокатываемых полос оказывает отношение длины дуги захвата к средней толщине полосы в очаге деформации lд/hср. В данной работе применительно к условиям горячей прокатки в чистовой группе непрерывного широкополосного стана (НШС) распределение деформации по толщине полос оценивали методом винтов [11], а характер структуры уточняли металлографически. Исследования выполняли на лабораторном высокоскоростном двухвалковом стане 250 с чугунными валками диаметром 274 мм. Прокатывали клиновидные образцы размером 5(10)×30×150 мм (рисунок 1) из стали Ст3сп химического состава, %: C 0,15; Mn 0,52; Si 0,22; S 0,037; P 0,019 и Al 0,052. Рисунок 1. Исходный образец для прокатки При этом моделировали все основные технологические параметры: температуру прокатки t = 785 - 1070°С; среднее относительное обжатие εср = 15 - 30%; скорость прокатки V = 5 м/с и, соответственно, среднюю скорость деформации U ≈ 90 с-1; отношение lд/hср= 2,1÷2,6. Для исключения влияния размера исходного зерна аустенита при разных температурах прокатки все образцы аустенизировали при 1100°С. Через 2,5 с после выдачи из печи образец задавали в зазор между валками. Относительная деформация за проход менялась в пределах 0 - 50 % по длине клиновидного образца. После прокатки и выдержки на воздухе образец сбрасывали в закалочный бак с 12 %-ным раствором NaCl для фиксации полученной структуры. Прокатанные образцы были разрезаны поперек направления прокатки по осям винтов. Шаг винтов, продеформированных вместе с образцами, измеряли в плоскости приготовленных шлифов по всей толщине образцов при помощи оптического микроскопа с точностью до 1 мкм. По полученным величинам среднего исходного и деформированного шагов резьбы подсчитывали относительную деформацию ε каждого шага: ε = (-)/∙ 100%. Была оценена достоверность полученных опытных данных. Для винтов М3, имеющих средний исходный шаг резьбы = 500 мкм, среднеквадратическое отклонение составляло 5,46 мкм. На рисунке 2 с надежностью P = 0,95 и доверительной оценкой e = 2% приведены для сравнения две кривые распределения деформации по толщине образцов, прокатанных на толщину 5 мм. Рисунок 2. Распределение относительной деформации по толщине образцов, прокатанных при t = 785ºC и средней деформации: 1 - εср= 15 %; 2 - εср= 23 % В тех же поперечных сечениях образцов травлением в концентрированном водном растворе пикриновой кислоты с добавкой нескольких капель синтола выявлена структура металла. Как видно из полученных опытных данных, при εср = 15 % (см. рисунок 2) имеется существенная неравномерность деформации по толщине прокатанного образца - на глубине 1 мм ε = 10 %, а в поверхностном слое ε = 21 %. С увеличением среднего относительного обжатия до 30 % неравномерность деформации по толщине постепенно уменьшается. а) б) Рисунок 3. Структура поверхностного слоя образца (а) и на глубине 0,6 мм (б) На рисунке 3 представлены фотографии структуры поверхностного и внутреннего слоев образца, прокатанного при t = 785°С и εср= 15 %, охлажденного в воде через 9 с после прокатки. Структура в поверхностном слое в виде продуктов неполного превращения (феррита, аустенита и частично сорбита) получена более мелкая (рисунок 3а), чем на глубине 0,6 мм от поверхности (рисунок 3б). Рекристаллизация внутреннего слоя образца, как видно, прошла по критическому механизму и величина критической степени деформации εкр составила около 12 % (рисунок 2). Таким образом, при разработке режимов горячей прокатки стальных полос с целью получения более равномерных по толщине структуры и свойств металла относительное обжатие в клетях чистовой группы НШС следует выбирать с учетом характера распределения деформации по толщине раската. Неоднородность деформации по толщине листа наблюдается и при деформации в холодном состоянии [4 - 10]. Особенно это становится актуальным при рассмотрении процесса деформации листового металла при выдавливании в полосе канавки катящимся индентором. Этот процесс существенно отличается и от процесса внедрения индентора одновременно по всей длине деформируемой канавки [4, 5]. В процессе выдавливания канавки имеет место существенное упрочнение металла. В теоретическом расчете оно отражено с помощью параметра . Предпосылка, что процесс формирования дна канавки можно представить как простую осадку, как показали исследования, оказалась неприемлемой. В действительности осредненное значение значительно меньше величины . Форма и размеры индентора, производящего выдавливание канавки, показаны на рисунке 4. На силовые параметры процесса существенно влияет коэффициент трения, поэтому для выдавливания катящимся концентратором использовали смазку. В результате воздействия на листовой материал в нем выдавливаются канавки-концентраторы трапециевидного сечения, обратные профилю, представленному на рис. 4. Для экспериментов использовались листовые образцы из малоуглеродистой стали 08кп толщиной 0,64 и 0,79 мм. После выдавливания канавки производился замер ее глубины. Измерение величины выдавленной канавки производилось с точностью до 0,005 мм. Для определения накопленной деформации и свойств материала в зоне канавки использовался метод твердости Деля. Сущность его заключается в возможности оценки накопленной материалом деформации по значениям его твердости. Рисунок 4. Профиль индикатора для выдавливания технологической канавки Образец с выдавленной катящимся индентором канавкой разрезался в поперечном направлении. На срезе приготавливался микрошлиф и в зоне деформации измерялась микротвердость. Испытания проводились на приборе ПМТ-3. Результаты исследований показали, что распределение твердости по сечению канавки неравномерное (рисунок 5). Кроме того, характер распределения твердости значительно меняется при возрастании относительной глубины канавки в материале. Твердость не остается постоянной и по ширине канавки. Наибольшая твердость имеет место по оси канавки, и ее значения постепенно снижаются к границам канавки. а) относительная глубина (h0 - S0)/h0 = 0,21 б) относительная глубина (h0 - S0)/h0 = 0,33 в) относительная глубина (h0 - S0)/h0 = 0,54 Рисунок 5. Распределение интенсивности накопленных деформаций материала по сечению канавки При наличии данных о распределении твердости по сечению канавки и тарировочный график зависимости изменения твердости от величины накопленной деформации находится интенсивность деформации в точках замера твердости. Ряды на графиках отражают результаты замеров по толщине металла после прохода индентора (S0), три ряда на равном расстоянии - по ширине канавки, в узловых точках по высоте отложены значения накопленных деформаций в данных точках. С увеличением относительной глубины канавки интенсивность деформации увеличивается, а неравномерность по сечению уменьшается, что следует из графиков, представленных на рисунке 5. Заключение Для точного определения процесса деформации необходимо учитывать неравномерность свойств по толщине листа. С увеличением деформации ее неравномерность в процессе прокатки уменьшается.

About the authors

A. V Aldunin

Moscow University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mail.ru
Dr.Eng.; (495) 223-05-23, 1282

A. V Shumeev

Moscow University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mail.ru
(495) 223-05-23, 1282

References

Supplementary files