ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ДЕФОРМАЦИИ НА ОБРАЗОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ МЕДНЫХ ПОЛОС ПОСЛЕ ОТЖИГА

АННОТАЦИЯ

В рамках исследования проведена оценка влияния условий деформации медных полос (фольги) в одноклетьевом четырехвалковом прокатном стане, в частности влияния шероховатости рабочих валков и натяжения на образование дефектов поверхности при размотке после отжига.

ABSTRACT

As part of the study, the influence of the deformation conditions of copper strips (foil) in a single-cell four-roll rolling mill, in particular the effect of the roughness of the working rolls, and tension on the formation of surface defects during unwinding after annealing, was evaluated.

Ключевые слова: медная полоса, условия деформации, дефекты поверхности.

Keywords: copper strip, deformation conditions, surface defects.

В условиях жесткой конкуренции к медной фольге, лентам и полосам предъявляют повышенные требования по химическому составу, количеству и размерам дефектов, плоскостности, а также наличию микрорельефа и шероховатости поверхности, так как от этого зависит ее применение в узлах и агрегатах ответственного назначения, например в авиации, космической и военной технике.

В процессе размотки рулонной полосы после садочного отжига образуются дефекты поверхности в виде перегибов и складок из-за слипания и сварки между витками. Из теории прокатного производства и отжига известно, что основными причинами образования вышеперечисленных дефектов являются остаточное содержание эмульсий и масел (загрязненность) на поверхности полос, а также ее шероховатость и межвитковое давление по радиусу рулона, образуемые в процессе проката при намотке [4].

Шероховатость поверхности полос определяется исходным состоянием поверхности рабочих валков и условиями процесса прокатки [2].

Оценка влияния шероховатости рабочих валков на 4-клетьевом прокатном стане в процессе эксплуатацию на общую загрязненность поверхности холоднокатаных полос проведена в исследовании Э.Н. Шебаница и др. на Мариупольском металлургическом комбинате [1]. В работе описаны процесс эксплуатации насеченных рабочих валков и интенсивность изменения шероховатости валков и полос под оцинкование, но не затрагивают проблему слипания и сварки витков после отжига.

Технология производства холоднокатаной медной ленты с повышенными физико-механическими свойствами, предлагаемая авторами в работе [6], описывает режимы проката, единичные и суммарные обжатия с промежуточными и окончательным отжигами, в том числе проведенные исследования влияния режимов холодной прокатки на физико-механические свойства, описанные в работе [5], не решают проблемы слипания витков в рулоне после отжига.

Авторами И.Ю. Приходько, В.И. Тимошенко, П.П. Черновым, А.М. Сафьяном, В.В. Акишиным предлагается алгоритм теоретического расчета механизма влияния шероховатости поверхности полос на склонность к слипанию и сварке витков при отжиге, а также формированию напряженно-деформированного состояния рулона при смотке, снятии с барабана моталки и в процессе отжига [3]. Проведенный анализ авторов указывает, что неплотное прилегание витков, связанное с шероховатостью поверхности полосы, приводит к существенному снижению межвитковых давлений в рулоне, снятом с барабана моталки, и, как следствие, существенному снижению термических напряжений, возникающих при охлаждении рулона. Однако предлагаемый алгоритм и методика не нашли практического применения при производстве медных полос толщиной менее 0,5 мм, и не исследовано влияние межвиткового давления, задаваемого моталками в процессе смотки рулонной полосы.

С целью выявления и предупреждения причин образования вышеперечисленных дефектов поверхности проведена оценка условий холодной деформации при прокате медных полос с последующим садочным отжигом. Для достижения поставленной цели на четырехвалковом прецизионном прокатном стане цеха производства цветных металлов АО «Узметкомбинат» проведены исследования по влиянию:

• шероховатости прокатных валков;
• натяжения моталок.

В качестве объекта исследования выбрана медная полоса (фольга) марки М1Е в мягком состоянии по ГОСТ 1173 толщиной 0,1 мм. Исходную медную заготовку толщиной 17,5 мм прокатывали на четырехвалковом реверсивном прокатном стане с использованием смазочно-охлаждающей жидкости на основе синтетических масел с двумя промежуточными отжигами в среде водорода до толщины 0,5 мм. Поверхность полосы толщиной 0,5 мм после проката и перед отжигом подвергали щелочной и кислотной очистке. Дальнейшую прокатку полосы до толщины 0,1 мм производили на прецизионном прокатном стане за 4 прохода с использованием в качестве смазочно-охлаждающей жидкости минерального масла.

Снижение загрязненности поверхности от остатков смазочно-охлаждающей жидкости и минеральных масел легко достигалось за счет применения эффективной системы протиров в сочетании со сдувом. Окончательный безокислительный садочный отжиг проводили в колпаковых печах. Для эксперимента выбраны 4 пары медных полос в рулонах. Данные рулонов приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Исходные данные рулонов

Перед проведением исследования подготовили 4 комплекта рабочих валков (по 2 валка в паре). Данные подготовленных рабочих валков представлены в табл. 2. Первая пара валков предназначена для первых трех проходов, а вторая, третья и четвертая пары заваливали в прокатную клеть перед 4-м проходом.

Таблица 2.

Данные рабочих валков

На 4-м проходе прокатывали по 2 рулона на одной паре валков. Замер шероховатости поверхности бочки валка производили каждые 2000 метров длины рулона. Изменение шероховатости поверхности бочки валка приведены на рис. 1.

При прокате на первой паре валков полосу сматывали в рулон при натяжении 1000 Н. При прокате на второй, третьей и четвертой паре валков натяжение было установлено 500 Н. Значение натяжения менее 500 Н не целесообразно, так как приводит к смещению витков в рулоне после снятия с барабана моталки. Натяжение более 1000 Н при смотке сглаживает микрорельеф полос и вызывает избыточные межвитковые давления.

Рисунок 1. Изменение шероховатости бочки валка

После садочного отжига рулонную фольгу разматывали на прецизионном прокатном стане и исследовали дефекты поверхности. Силу слипания витков в рулоне определяли путем прикладывания минимального натяжения, необходимого для размотки и намотки без образования дефектов поверхности в виде перегибов и складок. Значения минимальных приложенных усилий и коэффициент изменения шероховатости поверхности валков при прокате рулонной полосы представлены в таблице 3.

В ходе эксперимента установлено, что количество дефектов поверхности значительно меньше при прокате полос с шероховатостью 6 мкм. Это можно объяснить упругопластической деформацией микронеровностей, сопутствующих снижению межвитковых давлений. Однако при этом образуются микрорельеф и шероховатость поверхности, не отвечающая требованиям ГОСТ и специальным требованиям заказчикам.

Прокат полос на валках с шероховатостью 1 мкм и менее при прочих равных условиях приводит к слипанию и сварке витков. При этом количество перегибов и складок возрастает в несколько раз и наблюдается практически по всей длине рулона.

Таблица 3.

Минимальное приложенное усилие и коэффициент изменения шероховатости бочки валков

Примечание: R_нач – шероховатость до обработки; R_окон – шероховатость после обработки.

Полоса, прокатанная на валках с начальной шероховатостью 3 мкм, наиболее удовлетворяет требованиям ГОСТ по качеству поверхности. Однако следует отметить, что при прокате более 16 000 метров (эксперимент на первой паре валков) и натяжению при смотке более 1000 Н наблюдается резкое снижение шероховатости поверхности полос и увеличение межвитковых давлений, что приводит к сварке витков в рулоне.

Аналогичные эксперименты были проведены на медной фольге толщиной 0,05 мм. В ходе исследований установлена идентичная закономерность влияния начальной шероховатости и натяжения на количество образующихся дефектов поверхности после садочного отжига.

Анализируя результаты исследований установлено, что положительный результат достигается при прокате рулонной медной полосы на рабочих валках с шероховатостью 3 мкм и натяжении при смотке при последнем проходе 500 Н.

Список литературы:

1. Изменение шероховатости валков в процессе эксплуатации и ее влияние на загрязненность холоднокатаного металла / Э.Н. Шебаниц, В.И. Будников, О.А. Побегайло, Н.П. Медведев [и др.] // Металл и литье Украины. – 2012. – № 2–3. – С. 55–57.
2. Мазур В.Л. Производство листа с высококачественной поверхностью. – Киев : Техника, 1982. – 166 с.
3. О механизме влияния шероховатой поверхности холоднокатаных полос на условия слипания витков рулонов при отжиге и образование дефектов поверхности / И.Ю. Приходько, В.И. Тимошенко, П.П. Чернов, А.М. Сафьян [и др.] // Металлургическая и горная промышленность. – Киев, 2002. – С. 92–101.
4. Отделка поверхности листа / В.И. Мелешко, А.П. Чекмарев, В.Л. Мазур, А.П. Качайлов. – М. : Металлургия, 1975. – 272 с.
5. Сайдахмедов Р.Х., Бахадиров К.Г., Стулов А.В. Исследование влияния режимов холодной прокатки на физико-механические свойства меди // Современные проблемы инновационного развития науки, образования и производства. Международная научно-практическая конференция (13–15 мая 2020 г.): сборник научных трудов. – Андижан. – С. 697–705.
6. Сайдахмедов Р.Х., Стулов А.В., Сайдахмедова Г.Р. Разработка технологии производства холоднокатаной медной ленты с повышенными физико-механическими свойствами // Материалы Республиканской научно-технической конференции «Ресурсо- и энергосберегающие, экологически безвредные композиционные и нанокомпозиционные материалы». – Ташкент, 2019. – С. 23–24.